(57)【要約】【課題】クラッド層内での光吸収を回避し、発光層（または活性層）を拡大して、しきい値電流および駆動電圧の低減を実現できるとともに、狭い出射ビーム広がり角で完全な円形に近いビーム形状が得られる半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体単結晶からなるｎ型基板１０１と、ｎ型基板１０１の裏面に設けられたｎ電極１１３と、ｎ型基板１０１の表面上に形成されたｎ型クラッド層１０３と、その上に形成された発光層１０５と、その上に形成された電流層１０６と、その上に形成されたｐ型クラッド層１０９と、ｐ型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、前記メサ構造の頂部を除いたｐ型クラッド層１０９の表面上に形成されたｎ型電流狭窄層１１０と、前記メサ構造の頂部上およびｎ型電流狭窄層１１０上に形成されたｐ型コンタクト層１１１と、その上に設けられたｐ電極１１２とを備えたことを特徴とする半導体発光素子。【選択図】        図１
2005129687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された電流層と、
前記電流層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された第１の発光層と、
前記第１の発光層上に形成された第２の発光層と、
前記第２の発光層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板第１の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板第１の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された第１の発光層と、
前記第１の発光層上に形成された第２の発光層と、
前記第２の発光層上に形成された電流層と、
前記電流層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された第１の電流層と、
前記第１の電流層上に形成された第１の発光層と、
前記第１の発光層上に形成された第２の発光層と、
前記第２の発光層上に形成された第２の電流層と、
前記第２の電流層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された第１の電流層と、
前記第１の電流層上に形成された第１の発光層と、
前記第１の発光層上に形成された第２の電流層と、
前記第２の電流層上に形成された第２の発光層と、
前記第２の発光層上に形成された第３の電流層と、
前記第３の電流層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された第１の発光層と、
前記第１の発光層上に形成された第２の発光層と、
前記第２の発光層上に形成された第３の発光層と、
前記第３の発光層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された第１の発光層と、
前記第１の発光層上に形成された第２の発光層と、
前記第２の発光層上に形成された第３の発光層と、
前記第３の発光層上に形成された電流層と、
前記電流層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項８】
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された第１の電流層と、
前記第１の電流層上に形成された第２の発光層と、
前記第１の発光層上に形成された第２の発光層と、
前記第２の発光層上に形成された第３の発光層と、
前記第３の発光層上に形成された第２の電流層と、
前記第２の電流層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された第１の発光層と、
前記第１の発光層上に形成された第１の電流層と、
前記第１の電流層上に形成された第２の発光層と、
前記第２の発光層上に形成された第２の電流層と、
前記第２の電流層上に形成された第３の発光層と、
前記第３の発光層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１０】
前記発光層、前記第１の発光層、前記第２の発光層、前記第３の電流層、前記電流層、前記第１の電流層、前記第２の電流層、前記第３の電流層が、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、または量子ドット構造のいずれかによって構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第１の発光層は、そのバンドギャップエネルギーが前記第２の発光層のバンドギャップエネルギーよりも大きく、前記第２の発光層のキャリア閉じ込め層として作用することを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第３の発光層は、そのバンドギャップエネルギーが前記第２の発光層のバンドギャップエネルギーより小さく、前記第３の発光層のキャリア閉じ込め層として作用することを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記第１の発光層が発する光の波長と、前記第２の発光層が発する光の波長とは、互いに異なることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記第１の発光層が発する光の波長と、前記第２の発光層が発する光の波長と、前記第３の発光層が発する光の波長とは、互いに異なることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記発光層は、ＩｎまたはＡｌを含む半導体化合物であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記第１の発光層および前記第２の発光層は、ＩｎまたはＡｌを含む半導体化合物であることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
前記第１の発光層、前記第２の発光層、および前記第３の発光層は、ＩｎまたはＡｌを含む半導体化合物であることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
前記両クラッド層のバンドギャップエネルギーは、前記発光層、前記第１の発光層、前記第２の発光層、前記第３の発光層、前記電流層、前記第１の電流層、前記第２の電流層、および前記第３の電流層のいずれのバンドギャップエネルギーよりも大きいことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
前記両クラッド層のバンドギャップエネルギーは、前記第１の発光層と前記第２の発光層のバンドギャップエネルギーの和よりも小さいことを特徴とする請求項２〜５のいすれかに記載の半導体発光素子。
【請求項２０】
前記両クラッド層のバンドギャップエネルギーは、前記第１の発光層、第２の発光層、および第３の発光層のバンドギャップエネルギーの和よりも小さいことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項２１】
前記電流層のバンドギャップエネルギーは、その電流層に接する前記発光層、前記第２の発光層、または前記第３の発光層のバンドギャップエネルギーよりも小さいことを特徴とする請求項１、３、７のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項２２】
前記第１の電流層のバンドギャップエネルギーは、その第１の電流層に接する前記第１の発光層のバンドギャップエネルギーよりも小さいことを特徴とする請求項４、５、８、９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項２３】
前記第２の電流層のバンドギャップエネルギーは、その第２の電流層に接する前記第２の発光層または前記第３の発光層のバンドギャップエネルギーよりも小さいことを特徴とする請求項４、８、９記載の半導体発光素子。
【請求項２４】
前記第３の電流層のバンドギャップエネルギーは、その第３の電流層に接する前記第２の発光層のバンドギャップエネルギーよりも小さいことを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項２５】
前記電流層と、その電流層に接する前記発光層、前記第２の発光層、または前記第３の発光層とのバンドギャップエネルギーの差は、０．３［ｅＶ］未満であることを特徴とする請求項１、３、７のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項２６】
前記第１の電流層と、その第１の電流層に接する前記第１の発光層とのバンドギャップエネルギーの差は、０．３［ｅＶ］未満であることを特徴とすることを特徴とする請求項４、５、８、９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項２７】
前記第２の電流層と、その第２の電流層に接する前記第２の発光層または前記第３の発光層とのバンドギャップエネルギーの差は、０．３［ｅＶ］未満であることを特徴とする請求項４、８、９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項２８】
前記第３の電流層と、その第３の電流層に接する前記第２の発光層とのバンドギャップエネルギーの差は、０．３［ｅＶ］未満であることを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項２９】
前記電流層は、その電流層に接する前記発光層、前記第２の発光層、または前記第３の発光層と同一種類の半導体化合物により構成されており、
前記電流層を構成する半導体化合物の組成比は、その電流層に接する前記発光層、前記第２の発光層、または前記第３の発光層を構成する半導体化合物の組成比と異なる
ことを特徴とする請求項１、３、７のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項３０】
前記第１の電流層は、その第１の電流層に接する前記第１の発光層と同一種類の半導体化合物により構成されており、
前記第１の電流層を構成する半導体化合物の組成比は、その第１の電流層に接する前記第１の発光層を構成する半導体化合物の組成比と異なる
ことを特徴とする請求項４、５、８、９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項３１】
前記第２の電流層は、その第２の電流層に接する前記第２の発光層または前記第３の発光層と同一種類の半導体化合物により構成されており、
前記第２の電流層を構成する半導体化合物の組成比は、その第２の電流層に接する前記第２の発光層または前記第３の発光層を構成する半導体化合物の組成比と異なる
ことを特徴とする請求項４、８、９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項３２】
前記第３の電流層は、その第３の電流層に接する前記第２の発光層と同一種類の半導体化合物により構成されており、
前記第３の電流層を構成する半導体化合物の組成比は、その第３の電流層に接する前記第２の発光層を構成する半導体化合物の組成比と異なる
ことを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項３３】
前記電流層を構成する半導体化合物の組成比を変えることにより、その電流層に接する前記発光層、前記第２の発光層、または前記第３の発光層による光の出力を制御することを特徴とする請求項１、３、７のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項３４】
前記第１の電流層を構成する半導体化合物の組成比を変えることにより、その第１の電流層に接する前記第１の発光層による光の出力を制御することを特徴とする請求項４、５、８、９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項３５】
前記第２の電流層を構成する半導体化合物の組成比を変えることにより、その第２の電流層に接する前記第２の発光層または前記第３の発光層による光の出力を制御することを特徴とする請求項４、８、９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項３６】
前記第３の電流層を構成する半導体化合物の組成比を変えることにより、その第３の電流層に接する前記第２の発光層による光の出力を制御することを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項３７】
前記発光層が発する光のピーク波長が、１．２〜１．６［μｍ］であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３８】
前記第１の発光層が発する光のピーク波長が、６００〜６８０［ｎｍ］であり、
前記第２の発光層が発する光のピーク波長が、７００〜８００［ｎｍ］である
ことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項３９】
前記第１の発光層が発する光のピーク波長が、４５０〜４９０［ｎｍ］であり、
前記第２の発光層が発する光のピーク波長が、５００〜５５０［ｎｍ］である
ことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項４０】
前記第１の発光層が発する光のピーク波長が、４００〜４５０［ｎｍ］であり、
前記第２の発光層が発する光のピーク波長が、６００〜６８０［ｎｍ］であり、
前記第３の発光層が発する光のピーク波長が、７００〜８００［ｎｍ］である
ことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項４１】
前記第１の発光層が発する光のピーク波長が、４５０〜４９０［ｎｍ］であり、
前記第２の発光層が発する光のピーク波長が、５００〜５５０［ｎｍ］であり、
前記第３の発光層が発する光のピーク波長が、６００〜７００［ｎｍ］である
ことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４元系化合物半導体や窒化ガリウム系化合物半導体等によって構成された半導体発光素子に関する。さらに、本発明は、可視レーザ（６００〜６８０［ｎｍ］），赤外レーザ（７００〜８００［ｎｍ］）を１素子で形成した２波長レーザ、青紫色レーザ（４００〜４５０［ｎｍ］），可視レーザ（６００〜６８０［ｎｍ］），赤外レーザ（７００〜８００［ｎｍ］）を１素子で形成した３波長レーザ等、複数波長で発光する半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰを用いた４元系化合物半導体発光素子が量産されようになっている。このような半導体発光素子では、上記４元系化合物半導体の混晶比を変化させることにより、０．９〜３．４［μｍ］まで波長を調整することができる。
【０００３】
図１０は発光層がＩｎＧａＡｓからなる従来の４元系化合物半導体レーザ素子の基本的な構成を示す図である。この図１０の半導体レーザ素子は、ｎ型のＩｎＰからなる基板５０１の表面上に、ｎ型のＩｎ０．７６Ｇａ０．２４Ａｓ０．５５Ｐ０．４５からなるクラッド層５０２、Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓからなる発光層（または活性層）５０３、ｐ型のＩｎＰからなる電流狭窄層５０４、ｎ型のＩｎＰからなるクラッド層５０５を順次形成し、発光層５０３およびｎ型クラッド層５０５の上に、ｐ型のＩｎＰからなるクラッド層５０６を形成し、さらにｐ型クラッド層５０６上にｐ電極５０７を設け、ｎ型ＩｎＰ基板５０１の裏面にｎ電極５０８を設けたものである。
【０００４】
上記構成において、ｎ型基板５０１の屈折率は３．４５、ｎ型クラッド層５０２の屈折率は３．５１、発光層５０３の屈折率は３．５６、ｐ型電流狭窄層５０４の屈折率は３．４５、ｎ型クラッド層５０５の屈折率は３．４５、ｐ型クラッド層５０６の屈折率は３．４５である。
【０００５】
図１０の従来の半導体レーザ素子では、発光層（または活性層）５０３を上下に挟むｐ型クラッド層５０６とｎ型クラッド層５０２の内、ｎ型クラッド層５０２を屈折率の高いＩｎＧａＡｓＰで構成して非対称構造とすることにより、ｐ型クラッド層５０６内での光吸収を回避できるとともに、発光層（または活性層）５０３を拡大できるため、しきい値電流および駆動電圧の低減、つまり効率の向上と素子抵抗の低減が同時に実現できる。
【０００６】
さらに、近年、ＩｎＧａＡｌＰを用いた４元系可視レーザとＧａＡｌＡｓを用いた赤外レーザとが併用して使用される場合が増えている。このため、特許文献１のように発光波長が互いに異なる２つの半導体レーザ素子を１パッケージに並列載置したり、発光波長が互いに異なる２つのレーザを２素子分のサイズで１素子に形成したものがある。
【特許文献１】特開２００１−２５０２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記図１０の従来の半導体レーザ素子では、狭い出射ビーム広がり角で完全な円形に近いビーム形状が得られないという課題があった。さらに、複数の発光波長を有する従来の半導体レーザ素子では、例えば２波長のレーザを２素子サイズに形成するため、使用材料の低減、素子サイズの小型化、組立工数の削減等について課題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、クラッド層内での光吸収を回避し、発光層（または活性層）を拡大して、しきい値電流および駆動電圧の低減低減を実現できるとともに、狭い出射ビーム広がり角で完全な円形に近いビーム形状が得られる半導体発光素子を提供することを目的とするものである。さらに、本発明は、複数波長で発光し、使用材料の低減、素子サイズの小型化ができ、組立工数を削減できる半導体発光素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の第１の半導体発光素子は、
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された発光層と、
前記発光層上に形成された電流層と、
前記電流層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の半導体発光素子は、
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された第１の発光層と、
前記第１の発光層上に形成された第２の発光層と、
前記第２の発光層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第３の半導体発光素子は、
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板第１の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板第１の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された第１の発光層と、
前記第１の発光層上に形成された第２の発光層と、
前記第２の発光層上に形成された電流層と、
前記電流層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第４の半導体発光素子は、
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された第１の電流層と、
前記第１の電流層上に形成された第１の発光層と、
前記第１の発光層上に形成された第２の発光層と、
前記第２の発光層上に形成された第２の電流層と、
前記第２の電流層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする半導体発光素子。
【００１３】
本発明の第５の半導体発光素子は、
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された第１の電流層と、
前記第１の電流層上に形成された第１の発光層と、
前記第１の発光層上に形成された第２の電流層と、
前記第２の電流層上に形成された第２の発光層と、
前記第２の発光層上に形成された第３の電流層と、
前記第３の電流層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第６の半導体発光素子は、
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された第１の発光層と、
前記第１の発光層上に設けられた第２の発光層と、
前記第２の発光層上に設けられた第３の発光層と、
前記第３の発光層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第７の半導体発光素子は、
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された第１の発光層と、
前記第１の発光層上に形成された第２の発光層と、
前記第２の発光層上に形成された第３の発光層と、
前記第３の発光層上に形成された電流層と、
前記電流層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第８の半導体発光素子は、
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された第１の電流層と、
前記第１の電流層上に形成された第２の発光層と、
前記第１の発光層上に形成された第２の発光層と、
前記第２の発光層上に形成された第３の発光層と、
前記第３の発光層上に形成された第２の電流層と、
前記第２の電流層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする。
【００１７】
本発明の第９の半導体発光素子は、
半導体単結晶からなる第１導電型基板と、
前記第１導電型基板の裏面に設けられた第１の電極と、
前記第１導電型基板の表面上に形成された第１導電型クラッド層と、
前記第１導電型クラッド層上に形成された第１の発光層と、
前記第１の発光層上に形成された第１の電流層と、
前記第１の電流層上に形成された第２の発光層と、
前記第２の発光層上に形成された第２の電流層と、
前記第２の電流層上に形成された第３の発光層と、
前記第３の発光層上に形成された第２導電型クラッド層と、
前記第２導電型クラッド層の表面に形成された対称なメサ構造と、
前記メサ構造の頂部を除いた前記第２導電型クラッド層の表面上に形成された第１導電型電流狭窄層と、
前記メサ構造の頂部上および前記第１導電型電流狭窄層上に形成された第２導電型コンタクト層と、
第２導電型コンタクト層上に設けられた第２の電極と
を備えた
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の半導体発光素子によれば、発光層の上部に形成した第２導電型クラッド層の表面にメサ構造を形成し、その上に第１導電型電流狭窄層を形成したしたことにより、クラッド層内での光吸収を回避し、発光層（または活性層）を拡大して、しきい値電流および駆動電圧の低減低減を実現できるとともに、狭い出射ビーム広がり角で完全な円形に近いビーム形状が得られるという効果がある。さらに、本発明の第２〜第９の半導体発光素子によれば、使用材料の低減でき、素子サイズを小型化でき、組立工数を削減できるという効果がある。例えば、第２〜第５の半導体発光素子では、使用材料、素子サイズ、および組立工数を従来の１/２にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１である４元系化合物半導体レーザ素子（発光波長１．２〜１．６［μｍ］）の基本的な構成を示す図であり、光の出射方向に垂直な断面の図である。
【００２０】
図１において、実施の形態１の半導体レーザ素子は、基板１０１と、ｎ型クラッド層１０３と、発光層１０５と、電流層１０６と、ｐ型クラッド層１０９と、電流狭窄層１１０と、ｐ型コンタクト層１１１と、ｐ電極１１２と、ｎ電極１１３とを備えた構成である。
［基板１０１，ｎ型クラッド層１０３］
基板１０１は、ｎ型のＩｎＰ（ｎ−ＩｎＰ）からなり、１．３５［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有する。このｎ型基板１０１の表面上には、ｎ−ＩｎＰからなり、１．３５［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有するｎ型クラッド層１０３が形成されている。
［発光層１０５，電流層１０６］
ｎ型クラッド層１０３の表面上には、ＩｎＧａＡｓ（例えばＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ）からなり、例えば０．８６［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有し、レーザ光（波長１．２〜１．６［μｍ］）を発光する発光層（または活性層）１０５が形成されている。発光層１０５の表面上には、ＩｎＧａＡｓ（例えばＩｎ０．５８Ｇａ０．４２Ａｓ）からなり、例えば０．８１［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有する電流層１０６が形成されている。
【００２１】
発光層１０５と電流層１０６との距離は、１０〜７０［Å］に構成されており、発光層１０５と電流層１０６の間には、バリア層は設けられていない。ｎ型クラッド層１０３，受光層１０５，電流層１０６は、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）等により順次積層されている。
［ｐ型クラッド層１０９，電流狭窄層１１０，ｐ型コンタクト層１１１］
電流層１０６の表面上には、ｐ型のＩｎＰ（ｐ−ＩｎＰ）からなり、１．３５［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有するクラッド層１０９が形成されている。ｐ型クラッド層１０９の表面には、ＳｉＯ２等によるエッチングマスクを形成し、このエッチングマスクによりｐ型クラッド層１０９をメサエッチングして、底辺が３［μｍ］の略台形の対象な光閉じ込め構造が形成されている。上記光閉じ込め構造を形成したｐ型クラッド層１０９の表面上、およびこの表面上に残された上記エッチングマスクの上には、例えばｎ型のＧａＰ（ｎ−ＧａＰ）からなり、例えば２．３［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有する電流狭窄層１１０が形成される。さらに、上記エッチングマスクを取り去った後、露出したｐ型クラッド層１０９の表面上、およびｎ型電流狭窄層１１０の表面上には、例えばｐ型のＧａＡｓからなり、例えば１．４３［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有するコンタクト層１１１が形成されている。
【００２２】
ｐ型クラッド層１０９，電流狭窄層１１０，ｐ型コンタクト層１１１は、ＭＯＣＶＤ法等により順次積層されている。
［ｐ電極１１２，ｎ電極１１３］
ｐ型コンタクト層１１１の表面上には、Ａｕからなるｐ電極１１２が形成されており、基板１０１の裏面には、Ａｕ等からなるｎ電極１１３が形成されている。ここで、ｐ電極１１２，ｎ電極１１３は、スパッタリング法等により、ｐ電極１１２についてはｐ型コンタクト層１１１の表面上にＡｕからなる金属膜を、ｎ電極１１３についてはｎ型ＩｎＰ基板１０１の裏面上にＡｕ等からなる金属膜を、それぞれ形成したものである。
【００２３】
上記構成において、ｎ型のクラッド層１０３の屈折率は３．４５、発光層１０５の屈折率は３．５５、電流層１０６の屈折率は３．５５、ｐ型クラッド層１０９の屈折率は３．４５、ｎ型電流狭窄層１１０の屈折率は２．９、ｐ型コンタクト層１１１の屈折率は３．５９である。
【００２４】
この実施の形態１の半導体レーザ素子は、発光層１０５の上部に形成したｐ型クラッド層１０９上に光閉じ込め構造を形成したこと、および電流層１０６が電流集中層として作用することを特徴とする。
［実施の形態１の動作］
図１の実施の形態１の半導体レーザ素子において、ｐ電極１１２とｎ電極１１３の間の印加電圧（駆動電圧）を、電流層１０６のバンドギャップエネルギー０．８１［ｅＶ］まで除々に上げていくと、ｎ型クラッド層１０３（バンドギャップエネルギー１．３５［ｅＶ］），発光層１０５（バンドギャップエネルギー０．８６［ｅＶ］），電流層１０６（バンドギャップエネルギー０．８１［ｅＶ］），ｐ型クラッド層１０９（バンドギャップエネルギー１．３５［ｅＶ］）の内で、電流層１０６のバンドギャップエネルギーが最も小さいため、ｎ型クラッド層１０３側からｐ側に流れる電子は、電流層１０６の伝導帯に流れ込み、ｐ型クラッド層１０９からｎ側に流れる正孔は、電流層１０６の価電子帯に流れ込む。
【００２５】
ここで、両電極１１２，１１３間には、電流層１０６のバンドギャップエネルギー（０．８１［ｅＶ］）に相当する電圧が印加されており、発光層１０５のバンドギャップエネルギー（０．８６［ｅＶ］）に相当する電圧は印加されていないが、電流層１０６は、バンドギャップエネルギーが最も小さい層であるため、ｐ電極１１２から注入された電流は、発光層１０５に接する電流層１０６に集中して流れようとする（電流集中作用）。従って、ｐ電極１１２から注入された電流が電流層１０６に無駄なく流れるようになるため、この電流層１０６に接して形成されている発光層１０５の電流密度が増加する。従って、しきい値電流が低減されることになり、駆動電圧を、発光層１０５のバンドギャップエネルギー（０．８６［ｅＶ］）に相当する電圧よりも低減することができる。その結果、電流層１０６のみならず、発光層１０５の価電子帯にも正孔が流れ込み、発光層１０５の伝導帯にも電子が流れ込む。
【００２６】
発光層１０５および電流層１０６の伝導帯に流れ込んだ電子は、ｐ電極１１２の方へと引っ張られるが、電流層１０６から見てｐ側に形成されているｐ型クラッド層１０９のバンドギャップエネルギー（１．３５［ｅＶ］）は、発光層１０５のバンドギャップエネルギー（０．８６［ｅＶ］）および電流層１０６のバンドギャップエネルギー（０．８１［ｅＶ］）よりも十分に大きいため、このｐ型クラッド層１０９がキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用し、その結果、電子は発光層１０５および電流層１０６の伝導帯内に閉じ込められる。
【００２７】
一方、電流層１０６の価電子帯に流れ込んだ正孔は、ｎ電極１１３の方へと引っ張られるが、電流層１０６から見てｎ側に形成されている発光層１０５のバンドギャップエネルギー（０．８６［ｅＶ］）は、電流層１０６のバンドギャップエネルギー（０．８１［ｅＶ］）と比較して０．０５［ｅＶ］しか大きくないため、発光層１０５は電流層１０６のキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用することができず、その結果、電流層１０６の価電子帯に流れ込んだ正孔は、発光層１０５の価電子帯内に流れ込み、電流層１０６の価電子帯内には閉じ込められない。
【００２８】
発光層１０５の価電子帯に流れ込んだ正孔は、ｎ電極１１３の方へ引っ張られるが、発光層１０５のｎ側に形成されているｎ型クラッド層１０３のバンドギャップエネルギー（１．３５［ｅＶ］）は、発光層１０５のバンドギャップエネルギー（０．８６［ｅＶ］）よりも十分に大きいため、このｎ型クラッド層１０３がキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用し、その結果、正孔は発光層１０５の価電子帯に閉じ込められる。
【００２９】
このように、電流層１０６の価電子帯には正孔は閉じ込められていないため、電流層１０６では電子と正孔の有効な再結合が行われず、電流層１０６において発光は起こらないが、発光層１０５の伝導帯には電子が、価電子帯には正孔が、それぞれ閉じ込められているため、発光層１０５において電子と正孔の有効な再結合が行われ、例えば波長１．２〜１．６［μｍ］のレーザ発光が起こる。
【００３０】
以上のように実施の形態１によれば、電流層１０６のバンドギャップエネルギー（０．８１［ｅＶ］）は最も小さいため、ｐ電極１１２から注入された電流は、発光層１０５に接する電流層１０６に集中して流れようとする（電流集中作用）。従って、ｐ電極１１２から注入された電流が電流層１０６に無駄なく流れるようになるため、この電流層１０６に接して形成されている発光層１０５の電流密度が増加することになり、結果として、しきい値電流の低減が実現される。
【００３１】
つまり、この実施の形態１では、発光層１０５と電流層１０６の間にバリア層を設けることなく、これら発光層１０５と電流層１０６が直接接する構成となっており、発光層１０５および電流層１０６はバンドギャップエネルギーの大きなｎ型クラッド層１０３とｐ型クラッド層１０９により挟まれているため、発光層１０５と電流層１０６の内でより大きいバンドギャップエネルギーを有する発光層１０５のバンドギャップエネルギー（０．８６［ｅＶ］）に相当する電圧を、両電極１１２，１１３間に印加しさえすれば、発光層１０５により波長１．２〜１．６［μｍ］のレーザ発光が可能になる。
【００３２】
さらに、この実施の形態１では、電流層１０６の上記電流集中作用により、ｐ電極１１２から注入された電流が無駄なく流れるため、発光層１０５の電流密度が増加することになり、しきい値電流が低減されることになる。従って、駆動電圧を、発光層１０５のバンドギャップエネルギー（０．８６［ｅＶ］）に相当する電圧よりもさらに低減することが可能となる。
【００３３】
また、この実施の形態１では、発光層１０５（屈折率３．５５）と電流層１０６（屈折率３．５５）の屈折率が同じであるため、発光層１０５により発光されるレーザ光は電流層１０６側の垂直上方向に広がり、その結果、発光が円状になり、レーザビームの近円化が可能となる。また、電流狭窄層１１０（屈折率２．９）は、屈折率が小さく、光吸収がなく、実屈折ガイド型構造を実現でき、その結果、発光層１０５の発振中央部での光密度が低減され、空間的ホールバーニングによるキンクが原因となって生じる不具合を回避することができる。従って、レーザビームの近円化を行った場合であっても、電流層１０６による上記しきい値電流の低減と相まって、発熱による出力飽和を回避できるため、低い動作電圧で、高出力のレーザ光を得ることができる。
【００３４】
また、この実施の形態１では、発光層１０５により発光されるレーザ光は、電流層１０６側に広がるとともに、発光層１０５に閉じ込められることになるため、電流層１０６は発光層１０５の光ガイド層として作用する。
【００３５】
また、この実施の形態１では、発光層１０５よりバンドギャップエネルギーの小さい電流層１０６を発光層１０５の表面層に設け、ｐ電極１１２から注入された電流を電流層１０６に集中させる構成としており、発光層１０５に直接電流が集中するのを防止することができるとともに、電流層１０６は発光しないため、発光層１０５の寿命改善を図ることができる。
【００３６】
なお、上記実施の形態１では、発光層１０５と電流層１０６のバンドギャップエネルギーの差を０．０５［ｅＶ］としたが、このバンドギャップエネルギーの差は、電流層１０６において発光が起こらない範囲、つまり発光層１０５が電流層１０６のキャリア閉じ込め層として作用しない０．３［ｅＶ］以下となるように適宜設定することができる。上記実施の形態１では、電流層１０６を構成する半導体化合物の組成をＩｎ０．５８Ｇａ０．４２Ａｓとしたが、発光層１０５と電流層１０６のバンドギャップエネルギーの差が０．３［ｅＶ］未満となる範囲内で、電流層１０６を構成するＩｎＧａＡｓの組成比を変えることにより、しきい値電流を制御することができるため、結果として、前記発光層１０５による光の出力を制御することができる。ここで、発光層１０５による光の出力を上げた場合でも、光ガイド層としての電流層１０６によりレーザビームの円形状は保たれるため、レーザビームの形状は広がることなく、高出力化が可能となる。
【００３７】
これは、以下に説明する他の全ての実施の形態においても同様であり、電流層が１つの発光層と接している場合には、電流層と発光層とのバンドギャップエネルギーの差が０．３［ｅＶ］未満となるようにすれば、発光層は電流層のキャリア閉じ込め層として作用しないため、電流層は発光しない。また、電流層が２つの発光層と接している場合には、電流層といずれか１つの発光層とのバンドギャップエネルギーの差が０．３［ｅＶ］未満となるようにすれば、発光層は電流層のキャリア閉じ込め層として作用しないため、電流層は発光しないことになる。
実施の形態２
図２は本発明の実施の形態２である１素子２波長の半導体レーザ素子の基本的な構成を示す図であり、光の出射方向に垂直な断面の図である。なお、上記図１と同様のものには同じ符号を付してある。
【００３８】
図２において、実施の形態２の半導体レーザ素子は、基板２０１と、ｎ型クラッド層２０３と、第１の発光層２０５と、第２の発光層２０７と、ｐ型クラッド層２０９と、電流狭窄層１１０と、ｐ型コンタクト層１１１と、ｐ電極１１２と、ｎ電極１１３とを備えた構成である。
［基板２０１，ｎ型クラッド層２０３］
基板２０１は、ｎ型のＧａＡｓ（ｎ−ＧａＡｓ）からなり、１．３５［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有する。このｎ型基板２０１の表面上には、ｎ型のＩｎＧａＰ（例えばＩｎ０．０９Ｇａ０．９１Ｐ）からなり、例えば２．２１［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有するクラッド層２０３が形成されている。
［第１の発光層２０５，第２の発光層２０７］
ｎ型クラッド層２０３の表面上には、ＩｎＧａＡｌＰ（例えば（Ｉｎ０．５Ｇａ０．５）０．８７Ａｌ０．１３Ｐ）からなり、例えば１．９１［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有し、可視赤色のレーザ光（波長６００〜６８０［ｎｍ］）を発光する第１の発光層（または第１の活性層）２０５が形成されている。第１の発光層２０５の表面上には、ＧａＡｌＡｓ（例えばＧａ０．７９Ａｌ０．２１Ａｓ）からなり、例えば１．５９［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有し、赤外のレーザ光（波長７００〜８００［ｎｍ］）を発光する第２の発光層（または第２の活性層）２０７が形成されている。
【００３９】
第１の発光層２０５と第２の発光層２０７との距離は、１０〜７０［Å］で構成されており、第１の発光層２０５と第２の発光層２０７の間には、バリア層は設けられていない。ｎ型クラッド層２０３，第１の発光層２０５，第２の発光層２０７は、ＭＯＣＶＤ法等により順次積層されている。
［ｐ型クラッド層２０９］
第２の発光層２０７の表面上には、ｐ型のＩｎＧａＰ（例えばＩｎ０．０９Ｇａ０．９１Ｐ）からなり、例えば２．２１［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有するクラッド層２０９が、ＭＯＣＶＤ法等により形成されている。ｐ型クラッド層２０９の表面には、ＳｉＯ２等によるエッチングマスクを形成し、このエッチングマスクによりｐ型クラッド層２０９をメサエッチングして、底辺が３［μｍ］の略台形の対象な光閉じ込め構造が形成されている。上記光閉じ込め構造を形成したｐ型クラッド層２０９の表面上、およびこの表面上に残された上記エッチングマスクの上には、ｎ型電流狭窄層１１０が形成される。さらに、上記エッチングマスクを取り去った後、露出したｐ型クラッド層２０９の表面上、およびｎ型電流狭窄層１１０の表面上には、ｐ型コンタクト層１１１が形成されている。
【００４０】
上記構成において、ｎ型のクラッド層２０３の屈折率２．９５、第１の発光層２０５の屈折率は３．１５，第２の発光層２０７の屈折率は３．５８、ｐ型クラッド層２０９の屈折率は２．９５、ｎ型電流狭窄層１１０の屈折率は２．９、ｐ型コンタクト層１１１の屈折率は３．５９である。
【００４１】
この実施の形態２の半導体レーザ素子は、第１の発光層２０５が第２の発光層２０７のバリア層となることを特徴とする。
［実施の形態２の動作］
図２の実施の形態２の半導体レーザ素子において、ｐ電極１１２とｎ電極１１３の間の印加電圧（駆動電圧）を、第２の発光層２０７のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］）まで除々に上げていくと、ｎ型クラッド層２０３（バンドギャップエネルギー２．２１［ｅＶ］），第１の発光層２０５（バンドギャップエネルギー１．９１［ｅＶ］），第２の発光層２０７（バンドギャップエネルギー１．５９［ｅＶ］），ｐ型クラッド層２０９（バンドギャップエネルギー２．２１［ｅＶ］［ｅＶ］）の内で、第２の発光層２０７がバンドギャップエネルギーが最も小さいため、ｎ型クラッド層２０３側からｐ側に流れる電子は、第２の発光層２０７の伝導帯に流れ込み、ｐ型クラッド層２０９からｎ側に流れる正孔は、第２の発光層２０７の価電子帯に流れ込む。
【００４２】
第２の発光層２０７の伝導帯に流れ込んだ電子は、ｐ電極１１２の方へと引っ張られるが、第２の発光層２０７からｐ側に形成されているｐ型クラッド層２０９のバンドギャップエネルギー（２．２１［ｅＶ］）は、第２の発光層２０７（バンドギャップエネルギー１．５９［ｅＶ］）と比較して０．６２［ｅＶ］大きいため、このｐ型クラッド層２０９がキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用し、その結果、第２の発光層２０７の伝導帯に流れ込んだ電子は第２の発光層２０７の伝導帯内に閉じ込められる。
【００４３】
一方、第２の発光層２０７の価電子帯に流れ込んだ正孔は、ｎ電極１１３の方へと引っ張られるが、第２の発光層２０７から見てｎ側に形成されている第１の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．９１［ｅＶ］）は、第２の発光層２０７のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］）と比較して０．３２［ｅＶ］大きいため、この第１の発光層２０５は第２の発光層２０７のキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用し、その結果、発光層２０７の価電子帯に流れ込んだ正孔は第２の発光層２０７の価電子帯内に閉じ込められる。
【００４４】
このように、第２の発光層２０７の伝導帯内に電子が、価電子帯に正孔が、それぞれ閉じ込められるため、第２の発光層２０７において電子と正孔の有効な再結合が行われ、赤外（例えば、波長７００〜８００［ｎｍ］）のレーザ光が発せられる。
【００４５】
さらに、ｐ電極１１２とｎ電極１１３の間の印加電圧を、第１の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．９１［ｅＶ］）まで上げていくと、第１の発光層２０５は第２の発光層２０７のキャリア（ここでは電子および正孔）閉じ込め層として作用しなくなるため、第２の発光層２０７の伝導帯に流れ込んだ電子は、第１の発光層２０５の伝導帯にも流れ込み、第２の発光層２０７の価電子帯に流れ込んだ正孔は、第１の発光層２０５の伝導帯にも流れ込む。
【００４６】
ｎ型クラッド層２０３のバンドギャップエネルギー（２．２１［ｅＶ］）およびｐクラッド層２０９のバンドギャップエネルギー（２．２１［ｅＶ］）は、これらのクラッド層に挟まれた第１の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．９１［ｅＶ］）および第２の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］）よりも十分に大きいため、ｐクラッド層２０９がキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用し、ｎ型クラッド層２０３がキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用し、その結果、第２の発光層２０７の伝導帯のみならず第１の発光層２０５の伝導帯にも電子が閉じ込められ、第２の発光層２０７の価電子帯のみならず第１の発光層２０５の価電子帯にも正孔が閉じ込められる。つまり、第２の発光層２０７は、バンドギャップエネルギーが最も小さい層であるため、電流狭窄層１１０の上下に流れる電流を集める働きをする（電流集中作用）。従って、ｎ型クラッド層２０３からｐ側に流れる電子およびｐ型クラッド層２０９からｎ側に流れる正孔は第１の発光層２０５に集められ、第１の発光層２０５の伝導帯に電子が、価電子帯に正孔が、それぞれ閉じ込められる。
【００４７】
このように、第２の発光層２０７のみならず、第１の発光層２０５の伝導帯内に電子が、価電子帯に正孔が、それぞれ閉じ込められるため、第１の発光層２０５においても電子と正孔の有効な再結合が行われ、６００〜６８０［ｎｍ］の可視赤色レーザ光が発せられる。
【００４８】
ここで、第２の発光層２０７と第１の発光層２０５間の距離は１０〜７０［Å］で構成されており、両発光層間にはバリア層は設けられていないため、出力されるレーザ光は、第２の発光層２０７から発せられる赤外光と第１の発光層２０５から発せられる可視赤色光とが混ざったものとなる。
【００４９】
以上のように実施の形態２によれば、第２の発光層２０７、第１の発光層２０５の間にバリア層を設けることがなく、これらの第２の発光層２０７、第１の発光層２０５が直接接する構成となっており、かつ第１の発光層２０５が第２の発光層２０７のキャリア閉じ込め層として機能する。つまり、第１の発光層２０５は実質的に第２の発光層２０７のバリア層として機能するため、第１の発光層２０５と第２の発光層２０７の内でより大きなバンドギャップエネルギーを有する第１の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．９１［ｅＶ］）に相当する電圧を、両電極１１２，１１３間に印加しさえすれば、第１の発光層２０５、第２の発光層２０７において同時にレーザ発振が可能となる。従って、発光層間にバリア層を設け、電気的に両発光層を直列接続した構造となっている従来の半導体レーザよりも低い駆動電圧により、１チップで２波長からなるレーザ光を得ることができる。
実施の形態３
図３は本発明の実施の形態３である１素子２波長の半導体レーザ素子の基本的な構成を示す図であって、光の出射方向に垂直な断面の図である。なお、上記図２と同様のものには同じ符号を付してある。
【００５０】
図３において、実施の形態３の半導体レーザ素子は、基板２０１と、ｎ型クラッド層２０３と、第１の発光層２０５と、第２の発光層２０７と、電流層２０６と、ｐ型クラッド層２０９と、電流狭窄層１１０と、ｐ型コンタクト層１１１と、ｐ電極１１２と、ｎ電極１１３とを備えた構成である。
［電流層２０６］
第２の発光層２０７の表面上には、ＧａＡｌＡｓ（例えばＧａ０．８６Ａｌ０．１４Ａｓ）からなり、例えば１．５４［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有する電流層２０６が、ＭＯＣＶＤ法等により形成されている。この電流層２０６の屈折率は３．５８である。電流層２０６の表面上には、ｐ型クラッド層２０９が形成されている。
【００５１】
この実施の形態３の半導体レーザ素子は、上記実施の形態２の半導体レーザ素子（図２参照）において、第２の発光層２０７とｐ型クラッド層２０９の間に電流層２０６を設けたものであって、電流層２０６が電流集中層として作用することを特徴とする。
［実施の形態３の動作］
図３の実施の形態３の半導体レーザ素子において、ｐ電極１１２とｎ電極１１３の間の印加電圧（駆動電圧）を、電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）まで除々に上げていくと、ｎ型クラッド層２０３（バンドギャップエネルギー２．２１［ｅＶ］），第１の発光層２０５（バンドギャップエネルギー１．９１［ｅＶ］），第２の発光層２０７（バンドギャップエネルギー１．５９［ｅＶ］），電流層２０６（バンドギャップエネルギー１．５４［ｅＶ］），ｐ型クラッド層２０９（バンドギャップエネルギー２．２１［ｅＶ］）の内で、電流層２０６のバンドギャップエネルギーが最も小さいため、ｎクラッド層２０３からｐ側に流れる電子は、電流層２０６の伝導帯に流れ込み、ｐ側のクラッド層２０９からｎ側に流れる正孔は、電流層２０６の価電子帯に流れ込む。
【００５２】
ここで、両電極１１２，１１３間には、電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）に相当する電圧が印加されており、第２の発光層２０７のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］）に相当する電圧は印加されていないが、電流層２０６は、バンドギャップエネルギーが最も小さい層であるため、ｐ電極１１２から注入された電流は、第２の発光層２０７に接する電流層２０６に集中して流れようとする（電流集中作用）。従って、ｐ電極１１２から注入された電流が電流層２０６に無駄なく流れるようになるため、この電流層２０６に接して形成されている第２の発光層２０７の電流密度が増加する。従って、しきい値電流が低減されることになり、駆動電圧を、第２の発光層２０７のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］）に相当する電圧よりも低減することができる。その結果、電流層２０６のみならず、第２の発光層２０７の価電子帯にも正孔が流れ込み、第２の発光層２０７の伝導帯にも電子が流れ込む。
【００５３】
第２の発光層２０７および電流層２０６の伝導帯に流れ込んだ電子は、ｐ電極１１２の方へ引っ張られるが、電流層２０６から見てｐ側に形成されているｐ型クラッド層２０９のバンドギャップエネルギー（２．２１［ｅＶ］）は、電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）よりも十分に大きいため、このｐ型のクラッド層２０９がキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用し、その結果、電子は第２の発光層２０７および電流層２０６の伝導帯内に閉じ込められる。
【００５４】
一方、電流層２０６の価電子帯に流れ込んだ正孔は、ｎ電極１１３の方へと引っぱられるが、電流層２０６から見てｎ側に形成されている第２の発光層２０７のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］）は、電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）と比較して０．０５［ｅＶ］しか大きくないため、第２の発光層２０７は電流層２０６のキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用することができず、その結果、電流層２０６の価電子帯内に流れ込んだ正孔は、第２の発光層２０７の価電子帯内に流れ込み、電流層２０６の価電子帯内には閉じ込められない。
【００５５】
第２の発光層２０７の価電子帯に流れ込んだ正孔は、ｎ電極１１３の方へと引っ張られるが、第２の発光層２０７のｎ側に形成されている第１の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．９１［ｅＶ］）は、第２の発光層２０７のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］）と比較して０．３２［ｅＶ］大きいため、この第１の発光層２０５がキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用し、その結果、正孔は第２の発光層２０７の価電子帯に閉じ込められる。
【００５６】
このように、電流層２０６の価電子帯には正孔が閉じ込められていないため、電流層２０６では電子と正孔の有効な再結合が行われず、電流層２０６において発光は起こらないが、第２の発光層２０７の伝導帯には電子が、価電子帯には正孔が、それぞれ閉じ込められているため、第２の発光層２０７において電子と正孔の有効な再結合が行われ、赤外光（例えば、波長７００〜８００［ｎｍ］）の発光が起こる。
【００５７】
以上のように実施の形態３によれば、電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）は最も小さいため、ｐ電極１１２から注入された電流は、第２の発光層２０７に接する電流層２０６に集中して流れようとする（電流集中作用）。従って、ｐ電極１１２から注入された電流が電流層２０６に無駄なく流れるようになるため、この電流層２０６に接して形成されている第２の発光層２０７の電流密度が増加することになり、結果として、しきい値電流の低減が実現される。
【００５８】
また、この実施の形態３では、電流層２０６の上記電流集中作用により、p側電極１１２から注入された電流が無駄なく流れるため、第２の発光層２０７の電流密度が増加することになり、しきい値電流が低減される。従って、駆動電圧を上記１．５９［ｅＶ］よりもさらに低減することが可能となる。
【００５９】
また、この実施の形態３では、第２の発光層２０７（屈折率３．５８）と電流層２０６（屈折率３．５８）の屈折率が同じであるため、第２の発光層２０７による発光は電流層２０６側の垂直上方向に広がり、その結果、発光が円状になり、レーザビームの近円化が可能となる。また、電流狭窄層１１０（屈折率２．９）は、屈折率が小さく、光吸収がないため、実屈折率ガイド型構造を実現でき、その結果、第２の発光層２０７の発振中央部での光密度が低減される。従って、レーザビームの近円化を行った場合であっても、上記電流層２０６によるしきい値電流の低減効果と相まって、発熱による出力飽和を回避できるため、低い駆動電圧で、高出力のレーザ光を得ることができる。
【００６０】
また、この実施の形態３では、第２の発光層２０７よりバンドギャップエネルギーの小さい電流層２０６を第２の発光層２０７の表面層に設け、ｐ電極１１２から注入された電流を電流層２０６に集中させる構成としているため、第２の発光層２０７に直接電流が集中するのを防止することができるとともに、電流層２０６は発光しないため、第２の発光層２０７の寿命改善を図ることができる。
【００６１】
なお、上記実施の形態３では、電流層２０６を構成する半導体化合物の組成をＧａ０．８６Ａｌ０．１４Ａｓとしたが、第２の発光層２０７と電流層２０６のバンドギャップエネルギーの差が０．３［ｅＶ］となる範囲内で、電流層２０６を構成するＧａＡｌＡｓの組成比を変えることにより、しきい値電流を制御することができるため、結果として、第２の発光層２０７による光の出力を制御することができる。
実施の形態４
図４は本発明の実施の形態４である１素子２波長の半導体レーザ素子の基本的な構成を示す図であり、光の出射方向に垂直な断面の図である。なお、上記図３と同様のものには同じ符号を付してある。
【００６２】
図４において、実施の形態４の半導体レーザ素子は、基板２０１と、ｎ型クラッド層２０３と、第１の電流層２０４と、第１の発光層２０５と、第２の発光層２０７と、第２の電流層２０６（上記図３の電流層２０６と同様）と、ｐ型クラッド層２０９と、電流狭窄層１１０と、ｐ型コンタクト層１１１と、ｐ電極１１２と、ｎ電極１１３とを備えた構成である。
［第１の電流層２０４］
ｎ型クラッド層２０３の表面上には、ＩｎＧａＡｌＰ（例えば（Ｉｎ０．５Ｇａ０．５）０．９５Ａｌ０．０５Ｐ）からなり、例えば１．８６［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有する第１の電流層２０４が、ＭＯＣＶＤ法等により形成されている。この第１の電流層２０４の屈折率は３．１７である。第１の電流層２０４の表面上には、第１の発光層２０５が形成されている。
【００６３】
この実施の形態４の半導体レーザ素子は、上記実施の形態３の半導体レーザ素子（図３参照）において、ｎ型クラッド層２０３と第１の発光層２０５の間に第１の電流層２０４を設けたものであって、第２の電流層２０６が図３の電流層２０６と同様に電流集中層として作用するとともに、第１の電流層２０４も電流集中層として作用することを特徴とする。
［実施の形態４の動作］
図４の実施の形態４の半導体レーザ素子において、ｐ電極１１２とｎ電極１１３の間の印加電圧（駆動電圧）を、第１の電流層２０４のバンドギャップエネルギー（１．８６［ｅＶ］）まで除々に上げていくと、ｎ型クラッド層２０３（バンドギャップエネルギー２．２１［ｅＶ］），第１の電流層２０４（バンドギャップエネルギー１．８６［ｅＶ］），第１の発光層２０５（バンドギャップエネルギー１．９１［ｅＶ］），ｐ型クラッド層２０９（バンドギャップエネルギー２．２１［ｅＶ］）の内で、第１の電流層２０４のバンドギャップエネルギーが最も小さいため、ｎクラッド層２０３からｐ側に流れる電子は、第１の電流層２０４の伝導帯に流れ込み、ｐ型クラッド層２０９からｎ側に流れる正孔は、第１の電流層２０４の価電子帯に流れ込む。
【００６４】
ここで、両電極１１２，１１３間には、第１の電流層２０４のバンドギャップエネルギー（１．８６［ｅＶ］）に相当する電圧が印加されており、第１の発光層２０５のバンドギャップエネルギー１．９１［ｅＶ］に相当する電圧は印加されていないが、第１の電流層２０４は、第２の電流層２０６および第２の発光層２０７を除いてバンドギャップエネルギーが最も小さい層であるため、ｐ電極１１２から注入された電流は、第１の発光層２０５に接する第１の電流層２０４に集中して流れようとする（電流集中作用）。従って、ｐ電極１１２から注入された電流が第１の電流層２０４に無駄なく流れるようになるため、この第１の電流層２０４に接して形成されている第１の発光層２０５の電流密度が増加する。従って、しきい値電流が低減されることになり、駆動電圧を、第１の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．９１［ｅＶ］）に相当する電圧よりも低減することができる。その結果、第１の電流層２０４のみならず、第１の発光層２０５の価電子帯にも正孔が流れ込み、第１の発光層２０５の伝導帯にも電子が流れ込む。
【００６５】
第１の電流層２０４の伝導帯に流れ込んだ電子は、ｐ電極１１２の方へ引っ張られるが、第１の電流層２０４から見てｐ側に形成されている第１の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．９１［ｅＶ］）は、第２の電流層２０４のバンドギャップエネルギー（１．８６［ｅＶ］）と比較して０．０５［ｅＶ］しか大きくないため、第１の発光層２０５は第１の電流層２０４のキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用することができず、その結果、第１の電流層２０４の伝導帯内に流れ込んだ電子は、第１の発光層２０５の伝導帯内に流れ込み、第１の電流層２０４の伝導帯内には閉じ込められない。
【００６６】
第１の発光層２０５の伝導帯に流れ込んだ電子は、ｐ電極１１２の方へと引っ張られるが、第１の発光層２０５のｐ側に形成されたｐ型クラッド層２０９のバンドギャップエネルギー（２．２１［ｅＶ］）は、第１の電流層２０４のバンドギャップエネルギー（１．８６［ｅＶ］）および第２の電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）よりも十分に大きいため、このｐ型クラッド層２０９がキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用し、その結果、電子は第１の発光層２０５の伝導帯内に閉じ込められる。なお、第１の発光層２０５のｐ側に形成された第２の発光層２０７のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］）および第２の電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）は、第１の電流層２０４のバンドギャップエネルギー（１．８６［ｅＶ］）および第２の電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）よりも小さいため、第２の発光層２０７および第２の電流層２０６はキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用することはできない。
【００６７】
一方、第１の発光層２０５および第１の電流層２０４の価電子帯に流れ込んだ正孔は、ｎ電極１１３の方へと引っ張られるが、第１の電流層２０４から見てｎ側に形成されているｎ型クラッド層２０３のバンドギャップエネルギー（２．２１［ｅＶ］）は、第１の電流層２０４のバンドギャップエネルギー（１．８６［ｅＶ］）よりも十分に大きいため、このｎクラッド層２０３がキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用し、その結果、正孔は第１の発光層２０５および第１の電流層２０４の価電子帯内に閉じ込められる。
【００６８】
このように、第１の電流層２０４の伝導帯には電子が閉じ込められていないため、第１の電流層２０４では電子と正孔の有効な再結合が行われず、第１の電流層２０４において発光は起こらないが、第１の発光層２０５の伝導帯には電子が、価電子帯には正孔が、それぞれ閉じ込められているため、第１の発光層２０５において電子と正孔の有効な再結合が行われ、赤色光（例えば、波長６００〜６８０［ｎｍ］）の発光が起こる。
【００６９】
以上のように実施の形態４によれば、第１の電流層２０４バンドギャップエネルギー（１．８６［ｅＶ］）は、第２の電流層２０６および第２の発光層２０７を除いて最も小さいため、ｐ電極１１２から注入された電流は、第１の発光層２０５に接する第１の電流層２０４に集中して流れようとする（電流集中作用）。従って、ｐ電極１１２から注入された電流が第１の電流層２０４に無駄なく流れるようになるため、この第１の電流層２０４に接して形成されている第１の発光層２０５の電流密度が増加することになり、結果として、しきい値電流の低減が実現される。
【００７０】
また、この実施の形態４では、第１の電流層２０４および第２の電流層２０６の上記電流集中作用により、ｐ電極１１２から注入された電流が無駄なく流れるため、第２の発光層２０７および第１の発光層２０５の電流密度が増加することになり、しきい値電流が低減される。従って、駆動電圧を上記１．９１［ｅＶ］よりもさらに低減することが可能となる。
【００７１】
また、この実施の形態４では、第１の発光層２０５（屈折率３．１５）と第１の電流層２０４（屈折率３．１７）の屈折率の差が小さいため、第１の発光層２０５による発光は第１の電流層２０４側の垂直上方向に広がり、その結果、発光が円状になり、レーザビームの近円化が可能となる。また、電流狭窄層１１０（屈折率２．９）は、屈折率が小さく、光吸収がないため、実屈折率ガイド型構造を実現でき、その結果、第１の発光層２０５の発振中央部での光密度が低減される。従って、レーザビームの近円化を行った場合であっても、第１の電流層２０４によるしきい値電流の低減効果と相まって、発熱による出力飽和を回避できるため、低い駆動電圧で、高出力のレーザ光を得ることができる。
【００７２】
また、この実施の形態４では、第１の発光層２０５よりバンドギャップエネルギーの小さい第１の電流層２０４を第１の発光層２０５の下層（裏面層）に設け、ｐ電極１１２から注入された電流を第１の電流層２０４に集中させる構成としているため、第１の発光層２０５へ直接電流が集中するのを防止することができるとともに、第１の電流層２０４は発光しないため、第１の発光層２０５の寿命改善を図ることができる。
【００７３】
なお、上記実施の形態では、第１の電流層２０４を構成する半導体化合物の組成を（Ｉｎ０．５Ｇａ０．５）０．９５Ａｌ０．０５Ｐとしたが、第１の発光層２０５と第１の電流層２０４のバンドギャップエネルギーの差が０．３［ｅＶ］未満となる範囲内で、第１の電流層２０４を構成するＩｎＧａＡｌＰの組成比を変えることにより、しきい値電流を制御することができるため、結果として、第１の発光層２０５による光の出力を制御することができる。第１の電流層２０６と第２の発光層２０７についても同様である。
実施の形態５
図５は本発明の実施の形態５である１素子２波長レーザの基本的な構成を示す図であり、光の出射方向に垂直な断面の図である。なお、上記図４と同様のものには同じ符号を付してある。
【００７４】
図５において、実施の形態５の半導体レーザ素子は、基板２０１と、ｎ型クラッド層２０３と、第１の電流層２０４と、第１の発光層２０５と、第２の電流層２０８と、第２の発光層２０７と、第３の電流層２０６（上記図４の第２の電流層２０６と同様）と、ｐ型クラッド層２０９と、電流狭窄層１１０と、ｐ型コンタクト層１１１と、ｐ電極１１２と、ｎ電極１１３とを備えた構成である。
［第２の電流層２０８］
第１の発光層２０５の表面上には、ＧａＡｌＡｓ（例えばＧａ０．７３Ａｌ０．２７Ａｓ）からなり、例えば１．６４［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有する第２の電流層２０８、ＭＯＣＶＤ法等により形成されている。この第２の電流層２０８の屈折率は３．４２である。第２の電流層２０８の表面上には、第２の発光層２０７が形成されている。
【００７５】
この実施の形態５の半導体レーザ素子は、上記実施の形態４の半導体レーザ素子（図４参照）において、第１の発光層２０５と第２の発光層２０７の間に第２の電流層２０８を設けたものであって、この第２の電流層２０８は図４の第２の電流層２０６と同様に電流集中層として作用する。
［実施の形態５の動作］
図５の実施の形態５の半導体レーザ素子において、ｐ電極１１２とｎ電極１１３の間の印加電圧（駆動電圧）を、第２の電流層２０８のバンドギャップエネルギー（１．６４［ｅＶ］）まで除々に上げていくと、ｎ型クラッド層２０３（バンドギャップエネルギー２．２１［ｅＶ］），第１の電流層２０４（バンドギャップエネルギー１．８６［ｅＶ］），第１の発光層２０５（バンドギャップエネルギー１．９１［ｅＶ］），ｐ型クラッド層２０９（バンドギャップエネルギー２．２１［ｅＶ］）の内で、第２の電流層２０８のバンドギャップエネルギーが最も小さいため、ｎ型クラッド層２０３からｐ側に流れる電子は、第２の電流層２０８の伝導帯に流れ込み、ｐ型クラッド層２０９からｎ側に流れる正孔は、第２の電流層２０８の価電子帯に流れ込む。
【００７６】
ここで、両電極１１２，１１３間には、第２の電流層２０８のバンドギャップエネルギー（１．６４［ｅＶ］）に相当する電圧が印加されており、第１の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．９１［ｅＶ］）に相当する電圧が印加されていないが、第２の電流層２０８は、第３の電流層２０６および第２の発光層２０７を除いてバンドギャップエネルギーが最も小さい層であるため、ｐ電極１１２から注入された電流は、第１の発光層２０５に接する第２の電流層２０８に集中して流れようとする（電流集中作用）。従って、ｐ電極１１２から注入された電流が第２の電流層２０８に無駄なく流れるようになるため、この第２の電流層２０８に接して形成されている第１の発光層２０５の電流密度が増加する。従って、しきい値電流が低減されることになり、駆動電圧を、第１の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．９１［ｅＶ］）に相当する電圧よりも低減することができる。その結果、第２の電流層２０８のみならず、第１の発光層２０５の価電子帯にも正孔が流れ込み、第１の発光層２０５の伝導帯にも電子が流れ込む。
【００７７】
第１の発光層２０５および第２の電流層２０８の伝導帯に流れ込んだ電子は、ｐ電極１１２の方へ引っ張られるが、第２の電流層２０８から見てｐ側に形成されているｐ型クラッド層２０９のバンドギャップエネルギー（２．２１［ｅＶ］）は、第２の電流層２０８のバンドギャップエネルギー（１．６４［ｅＶ］）および第３の電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）よりも十分に大きいため、このｐ型クラッド層２０９がキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用し、その結果、電子は第１の発光層２０５の伝導帯に閉じ込められる。なお、第２の電流層２０８のｐ側に形成された第２の発光層２０７のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］）および第３の電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）は、第２の電流層２０８のバンドギャップエネルギー（１．６４［ｅＶ］）よりも小さいため、第２の発光層２０７および第３の電流層２０６は、キャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用することはできない。
【００７８】
一方、第２の電流層２０８の価電子帯に流れ込んだ正孔は、ｎ電極１１３の方へと引っ張られるが、第２の電流層２０８から見てｎ側に形成されている第１の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．９１［ｅＶ］）は、第２の電流層２０８のバンドギャップエネルギー（１．６４［ｅＶ］）と比較して０．２７［ｅＶ］しか大きくないため、第１の発光層２０５は第２の電流層２０８のキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用することができず、その結果、第２の電流層２０８の価電子帯に流れ込んだ正孔は、第１の発光層２０５の価電子帯内に流れ込み、第１の発光層２０５の価電子帯内には閉じ込められない。
【００７９】
第１の発光層２０５の価電子帯に流れ込んだ正孔は、ｎ電極１１３の方へと引っ張られるが、第１の発光層２０５のｎ側に形成されたｎ型クラッド層２０３のバンドギャップエネルギー（２．２１［ｅＶ］）は、第２の電流層２０８のバンドギャップエネルギー（１．６４［ｅＶ］）および第１の電流層２０４のバンドギャップエネルギー（１．８６［ｅＶ］）よりも十分に大きいため、このｎ型クラッド層２０３がキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用し、その結果、正孔は、第２の電流層２０８、第１の発光層２０５、および第１の電流層２０４の価電子帯に閉じ込められる。
【００８０】
このように、第２の電流層２０８の伝導帯には電子が閉じ込められていないため、第２の電流層２０８では電子と正孔の有効な再結合が行われず、第２の電流層２０８において発光は起こらないが、第１の発光層２０５の伝導帯に電子が、価電子帯に正孔が閉じ込められているため、第１の発光層２０５において電子と正孔の有効な再結合が行われ、赤色光（例えば、波長６００〜６８０［ｎｍ］）の発光が起こる。
【００８１】
以上のように実施の形態５によれば、第２の電流層２０８のバンドギャップエネルギー（１．６４［ｅＶ］）は、第３の電流層２０６および第２の発光層２０７を除いて最も小さいため、ｐ電極１１２から注入された電流は、第１の発光層２０５に接する第２の電流層２０８に集中して流れようとする（電流集中作用）。従って、ｐ電極１１２から注入された電流が第２の電流層２０８に無駄なく流れるようになるため、この第２の電流層２０８に接して形成されている第１の発光層２０５の電流密度が増加することになり、結果として、しきい値電流の低減が実現される。
【００８２】
また、この実施の形態５では、第１の電流層２０４、第２の電流層２０８、第３の電流層２０６の上記電流集中作用により、ｐ電極１１２から注入された電流が無駄なく流れるため、第２の発光層２０７および第１の発光層２０５の電流密度が増加することになり、しきい値電流が低減されることになる。従って、駆動電圧を上記１．９１［ｅＶ］よりもさらに低減することが可能となる。
【００８３】
また、この実施の形態５では、第１の発光層２０５（屈折率３．１５）と第２の電流層２０８（屈折率３．４２）の屈折率の差が大きいため、第１の発光層２０５と第２の発光層２０７による発光は第２の電流層２０８により分けられる。このため、それぞれ第１の電流層２０４、第２の電流層２０６において発光が広がり、その結果、発光が円状になり、レーザビームの近円化が可能となる。また、電流狭窄層１１０（屈折率２．９）は、屈折率が小さく、光吸収がないため、実屈折率ガイド型構造を実現でき、その結果、第１の発光層２０５および第２の発光層２０７の発振中央部での光密度が低減される。従って、レーザビームの近円化を行った場合であっても、第１の電流層２０４、第２の電流層２０８、第３の電流層２０６によるしきい値電流の低減効果と相まって、発熱による出力飽和を回避できるため、低い駆動電圧で、高出力のレーザ光を得ることができる。
【００８４】
また、この実施の形態５では、第１の発光層２０５よりバンドギャップエネルギーの小さい第１の電流層２０４を第１の発光層２０５の下層（裏面層）に設け、ｐ電極１１２から注入された電流を第１の電流層２０４に集中させる構成としているため、第１の発光層２０５へ直接電流が集中するのを防止することができるとともに、第１の電流層２０４は発光しないため、第１の発光層２０５の寿命改善を図ることができる。
【００８５】
なお、上記実施の形態５では、第２の電流層２０８を構成する半導体化合物の組成をＧａ０．７３Ａｌ０．２７Ａｓとしたが、第２の発光層２０７と第２の電流層２０８のバンドギャップエネルギーの差が０．３［ｅＶ］未満となる範囲内で、第２の電流層２０８を構成するＧａＡｌＡｓの組成比を変えることにより、しきい値電流を制御することができるため、結果として、第１の発光層２０５による光の出力を制御することができる。第３の電流層２０６と第２の発光層２０７についても同様である。
【００８６】
また、第２の電流層２０８の厚さを制御することにより、第１の発光層２０５と第２の発光層２０７の層間の距離を調節できるため、精度のよい２本のビーム発光が可能となる。
実施の形態６
図６は本発明の実施の形態６である半導体レーザ素子の基本的な構成を示す図であり、光の出射方向に垂直な断面の図である。なお、上記図２と同様のものには同じ符号を付してある。
【００８７】
図６において、実施の形態６の半導体レーザ素子は、基板３０１と、ｎ型コンタクト層３０２と、ｎ型クラッド層３０３と、第１の発光層３０５と、第２の発光層２０５（上記図２の第１の発光層２０５と同様）と、第３の発光層２０７（上記図２の第２の発光層２０７と同様）と、ｐ型クラッド層３０９と、電流狭窄層３１０と、ｐ型コンタクト層３１１と、ｐ電極３１２と、ｎ電極３１３とを備えた構成である。
［基板３０１，ｎ型コンタクト層３０２，ｎ型クラッド層３０３］
基板３０１は、ｎ型のＧａＮ（ｎ−ＧａＮ）からなり、３．４［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有する。このｎ型基板３０１の表面上には、例えばｎ−ＧａＮからなり、例えば３．４［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有するコンタクト層３０２が形成されている。ｎ型コンタクト層３０２の表面上には、ｎ型のＧａＡｌＮ（例えばＧａ０．８２Ａｌ０．１８Ｎ）からなり、例えば３．９［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有するクラッド層３０３が形成されている。
［第１の発光層３０５］
ｎ型クラッド層３０３の表面上には、ＩｎＧａＮ（例えばＩｎ０．３８Ｇａ０．６２Ｎ）からなり、例えばバンドギャップエネルギー２．８２［ｅＶ］を有し、青紫色のレーザ光（波長４００〜４５０［ｎｍ］）を発光する第１の発光層（または第１の活性層）３０５が形成されている。第１の発光層３０５の表面上には、第２の発光層２０５が形成されており、第２の発光層２０５の表面上には、第３の発光層２０７が形成されている。
【００８８】
ｎ型コンタクト層３０２，ｎ型クラッド層３０３，第１の発光層３０５，第２の発光層３０５，第３の発光層２０７は、ＭＯＣＶＤ法等により順次積層されている。
［ｐ型クラッド層３０９］
第３の発光層２０７の表面上には、ｐ型のＧａＡｌＮ（例えばＧａ０．８２Ａｌ０．１８Ｎ）からなり、例えば３．９［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有するクラッド層３０９が、ＭＯＣＶＤ法等により形成されている。ｐ型クラッド層３０９の表面には、ＳｉＯ２等によるエッチングマスクを形成し、このエッチングマスクによりｐ型クラッド層３０９をメサエッチングして、底辺が３［μｍ］の略台形の対象な光閉じ込め構造が形成されている。上記光閉じ込め構造を形成したｐ型クラッド層３０９の表面上、およびこの表面上に残された上記エッチングマスクの上には、例えばｎ−ＧａＮからなり、例えば３．４［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有する電流狭窄層３１０が形成される。さらに、上記エッチングマスクを取り去った後、露出したｐ型クラッド層３０９の表面上、およびｎ型電流狭窄層３１０の表面上には、例えばｐ型のＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）からなり、例えば３．４［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有するコンタクト層３１１が形成されている。
【００８９】
ｐ型クラッド層３０９，電流狭窄層３１０，ｐ型コンタクト層３１１は、ＭＯＣＶＤ法等により順次積層されている。
［ｐ電極３１２，ｎ電極３１３］
ｐ型コンタクト層３１１の表面上には、Ａｕからなるｐ電極３１２が形成されており、基板３０１の裏面には、Ａｌ等からなるｎ電極３１３が形成されている。ここで、ｐ電極３１２，ｎ電極３１３は、スパッタリング法等により、ｐ電極３１２についてはｐ型コンタクト層３１１の表面上にＡｕからなる金属膜を、ｎ電極３１３についてはｎ型ＧａＮ基板３０１の裏面上にＡｌ等からなる金属膜を、それぞれ形成したものである。
【００９０】
上記構成において、ｎ型コンタクト層３０２の屈折率は２．６７、ｎ型クラッド層３０３の屈折率は２．２３、第１の発光層３０５の屈折率は２．８６、第２の発光層２０５の屈折率は３．１５、第３の発光層２０７の屈折率は３．５８、ｐ型クラッド層３０９の屈折率は２．２３、ｎ型電流狭窄層３１０の屈折率は２．６７、ｐ型コンタクト層３１１の屈折率は２．６７である。
【００９１】
この実施の形態６の半導体レーザ素子は、第２の発光層２０５が図２の第１の発光層２０５と同様に第３の発光層２０７のバリア層となるとともに、第１の発光層３０５が第２の発光層２０５のバリア層となることを特徴とする。
［実施の形態６の動作］
図６の実施の形態６の半導体レーザ素子において、ｐ電極３１２およびｎ電極３１３の間の印加電圧（駆動電圧）を、第２の発光層２０５のバンドギャップエネルギー１．９１［ｅＶ］まで除々に上げていくと、ｎ型クラッド層３０３（バンドギャップエネルギー３．９［ｅＶ］），第１の電流層３０５（バンドギャップエネルギー２．８２［ｅＶ］），第２の発光層２０５（バンドギャップエネルギー１．９１［ｅＶ］），ｐ型クラッド層３０９（バンドギャップエネルギー３．９［ｅＶ］）の内で、第２の電流層２０５のバンドギャップエネルギーが最も小さいため、ｎ型コンタクト層３０２側（ｎ型クラッド層３０３）からｐ側に流れる電子は、第２の発光層２０５の伝導帯に流れ込み、ｐ型コンタクト層３１１側（ｐ型クラッド層３０９）からｎ側に流れる正孔は、第２の発光層２０５の価電子帯に流れ込む。
【００９２】
第２の発光層２０５の伝導帯に流れ込んだ電子は、ｐ電極３１２の方へと引っ張られるが、第２の発光層２０５からｐ側に形成されているｐ型クラッド層３０９のバンドギャップエネルギー（３．９［ｅＶ］）は、第２の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．９１［ｅＶ］）よりも十分に大きいため、このｐ型クラッド層３０９がキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用し、その結果、電子は第２の発光層２０５の伝導帯内に閉じ込められる。
【００９３】
一方、第２の発光層２０５の価電子帯に流れ込んだ正孔は、ｎ電極３１３の方へと引っ張られるが、第２の発光層２０５から見てｎ側に形成されている第１の発光層３０５のバンドギャップエネルギー（２．８２［ｅＶ］）は、第２の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．９１［ｅＶ］）と比較して０．９１［ｅＶ］大きいため、この第１の発光層３０５は第２の発光層２０５のキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用し、その結果、第２の発光層２０５の価電子帯に流れ込んだ正孔は第２の発光層２０５の価電子帯内に閉じ込められる。
【００９４】
このように、第３の発光層２０７のみならず、第２の発光層２０５の伝導帯内に電子が、価電子帯に正孔が、それぞれ閉じ込められるため、第２の発光層２０５において電子と正孔の有効な再結合が行われ、６００〜６８０［ｎｍ］の赤色光が発せられる。
【００９５】
さらに、ｐ電極３１２とｎ電極３１３の間の印加電圧を、第１の発光層３０５のバンドギャップエネルギー（２．８２［ｅＶ］）まで除々に上げていくと、第１の発光層３０５は第２の発光層２０５のキャリア（ここでは電子および正孔）閉じ込め層として作用しなくなるため、第２の発光層２０５の伝導帯に流れ込んだ電子は、第１の発光層３０５の伝導帯にも流れ込み、第２の発光層２０５の価電子帯に流れ込んだ正孔は、第１の発光層３０５の伝導帯にも流れ込む。
【００９６】
ｎ型クラッド層３０３のバンドギャップエネルギー（３．９［ｅＶ］）およびｐクラッド層３０９のバンドギャップエネルギー（３．９［ｅＶ］）は、これらのクラッド層に挟まれた第１の発光層３０５のバンドギャップエネルギー（２．８２［ｅＶ］）および第２の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．９１［ｅＶ］）よりも十分に大きいため、ｐクラッド層３０９がキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用し、ｎ型クラッド層３０３がキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用し、その結果、第２の発光層２０５の伝導帯のみならず第１の発光層３０５の伝導帯にも電子が閉じ込められ、第２の発光層２０５の価電子帯のみならず第１の発光層３０５の価電子帯にも正孔が閉じ込められる。つまり、第２の発光層２０５は、第３の発光層２０７を除いてバンドギャップエネルギーが最も小さい層であるため、電流狭窄層３１０の上下に流れる電流を集める働きをする（電流集中作用）。従って、ｎ型クラッド層３０３からｐ側に流れる電子およびｐ型クラッド層３０９からｎ側に流れる正孔は、第２の発光層２０５によって第１の発光層３０５に集められ、第１の発光層３０５の伝導帯に電子が、価電子帯に正孔が、それぞれ閉じ込められる。
【００９７】
このように、第２の発光層２０５のみならず、第１の発光層３０５の伝導帯内に電子が、価電子帯に正孔が、それぞれ閉じ込められるため、第１の発光層３０５においても電子と正孔の有効な再結合が行われ、４００〜４５０［ｎｍ］の青紫色レーザ光が発せられる。
【００９８】
ここで、第２の電流層２０５と第１の発光層３０５間の距離は１０〜７０［Å］で構成されており、両発光層間にはバリア層は設けられていない。
【００９９】
以上のように実施の形態６によれば、第２の発光層２０５、第１の発光層３０５の間にバリア層を設けることがなく、これらの第２の発光層２０５、第１の発光層３０５が直接接する構成となっており、第２の発光層２０５、第１の発光層３０５の内でより大きなバンドギャップエネルギーを有する第１の発光層３０５のバンドギャップエネルギー（２．８２［ｅＶ］）に相当する電圧を両電極３１２，３１３間に印加しさえすれば、第１の発光層３０５により青紫色、第２の発光層２０５により赤色光、第３の発光層２０７により赤外光のレーザ発光が可能となる。
実施の形態７
図７は本発明の実施の形態７である半導体レーザ素子の基本的な構成を示す図であり、光の出射方向に垂直な断面の図である。なお、図７において、上記図３または図６と同様のものには同じ符号を付してある。
【０１００】
図７において、実施の形態７の半導体レーザ素子は、基板３０１と、ｎ型コンタクト層３０２と、ｎ型クラッド層３０３と、第１の発光層３０５と、第２の発光層２０５と、第３の発光層２０７と、電流層２０６と、ｐ型クラッド層３０９と、電流狭窄層３１０と、ｐ型コンタクト層３１１と、ｐ電極３１２と、ｎ電極３１３とを備えた構成である。
【０１０１】
この実施の形態７の半導体レーザ素子は、上記実施の形態６の半導体レーザ素子（図６参照）において、第３の発光層２０７とｐ型クラッド層３０９の間に電流層２０６を設けたものであって、この電流層２０６が図３の電流層２０６と同様に電流集中層として作用することを特徴とする。
［実施の形態７の動作］
図７の実施の形態７の半導体レーザ素子において、ｐ電極３１２およびｎ電極３１３の間の印加電圧（駆動電圧）を、電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）まで除々に印加電圧を上げていくと、ｎ型クラッド層３０３（バンドギャップエネルギー３．９［ｅＶ］），第１の発光層３０５（バンドギャップエネルギー２．８２［ｅＶ］），第２の発光層２０５（バンドギャップエネルギー１．９１［ｅＶ］），第３の発光層２０７（バンドギャップエネルギー１．５９［ｅＶ］），電流層２０６（バンドギャップエネルギー１．５４［ｅＶ］），ｐ型クラッド層３０９（バンドギャップエネルギー３．９［ｅＶ］）の内で、電流層２０６のバンドギャップエネルギーが最も小さいため、ｎ型コンタクト層３０２側（ｎ型クラッド層３０３）からｐ側に流れる電子は、電流層２０６の伝導帯に流れ込み、ｐ型コンタクト層３１１側（ｐ型クラッド層３０９）からｎ側に流れる正孔は、電流層２０６の価電子帯に流れ込む。
【０１０２】
ここで、両電極３１２，３１３間には、電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）に相当する電圧が印加されており、第３の発光層２０７のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］）に相当する電圧が印加されていないが、電流層２０６は、バンドギャップエネルギーが最も小さい層であるため、ｐ電極３１２から注入された電流は、第３の発光層２０７に接する電流層２０６に集中して流れようとする（電流集中作用）。従って、ｐ電極３１２から注入された電流が電流層２０６に無駄なく流れるようになるため、この電流層２０６に接して形成されている第３の発光層２０７の電流密度が増加する。従って、しきい値電流が低減されることになり、駆動電圧を、第３の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］）に相当する電圧よりも低減することができる。その結果、電流層２０６のみならず、第３の発光層２０７の価電子帯にも正孔が流れ込み、第３の発光層２０７の伝導帯にも電子が流れ込む。
【０１０３】
第３の発光層２０７および電流層２０６の伝導帯に流れ込んだ電子は、ｐ電極３１２の方へと引っ張られるが、電流層２０６から見てｐ側に形成されているｐ型クラッド層３０９のバンドギャップエネルギー（３．９［ｅＶ］）は、電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）よりも十分に大きいため、このｐ型クラッド層３０９がキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用し、その結果、電子は第３の発光層２０７および電流層２０６の伝導帯内に閉じ込められる。
【０１０４】
一方、電流層２０６の価電子帯に流れ込んだ正孔は、ｎ電極３１３の方へと引っ張られるが、電流層２０６から見てｎ側の形成されている第３の発光層２０７のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］）は、電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）と比較して０．０５［ｅＶ］しか大きくないため、第３の発光層２０７は電流層２０６のキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用することができず、その結果、電流層２０６の価電子帯に流れ込んだ正孔は、第３の発光層２０７の価電子帯内に流れ込み、電流層２０６の価電子帯内には閉じ込められない。
【０１０５】
第３の発光層２０７の価電子帯に流れ込んだ正孔は、ｎ電極１１３の方へと引っ張られるが、第３の発光層２０７のｎ側に形成された第２の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．９１［ｅＶ］）は、第３の電流層２０７のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］））と比較して０．３２［ｅＶ］大きいため、この第２の発光層２０５がキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用し、その結果、正孔は第３の発光層２０７の価電子帯に閉じ込められる。
【０１０６】
このように、電流層２０６の伝導帯には正孔が閉じ込められていないため、電流層２０６では電子と正孔の有効な再結合が行われず、電流層２０６において発光は起こらないが、第３の発光層２０７の伝導帯に電子が、価電子帯に正孔が閉じ込められているため、第３の発光層２０７において電子と正孔の有効な再結合が行われ、７００〜８００［ｎｍ］の赤外レーザ光が発せられる。
【０１０７】
以上のように実施の形態７によれば、電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）は最も小さいため、ｐ電極３１２から注入された電流は、第３の発光層２０７に接する電流層２０６に集中して流れようとする（電流集中作用）。従って、ｐ電極３１２から注入された電流が電流層２０６に無駄なく流れるようになるため、この電流層２０６に接して形成されている第３の発光層２０７の電流密度が増加することになり、結果として、しきい値電流の低減が実現される。
実施の形態８
図８は本発明の実施の形態８である１素子３波長レーザの基本的な構成を示す図であり、光の出射方向に垂直な断面の図である。なお、上記図７と同様のものには同じ符号を付してある。
【０１０８】
図８において、実施の形態８の半導体レーザ素子は、基板３０１と、ｎ型コンタクト層３０２と、ｎ型クラッド層３０３と、第１の電流層３０４と、第１の発光層３０５と、第２の発光層２０５と、第３の発光層２０７と、第２の電流層２０６（上記図７の電流層２０６と同様）と、ｐ型クラッド層３０９と、電流狭窄層３１０と、ｐ型コンタクト層３１１と、ｐ電極３１２と、ｎ電極３１３とを備えた構成である。
［第１の電流層３０４］
ｎ型クラッド層３０３の表面上には、ＩｎＧａＮ（例えばＩｎ０．５Ｇａ０．５Ｎ）からなり、例えば２．７［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーを有する第１の電流層３０４が、ＭＯＣＶＤ法等により形成されている。この第１の電流層３０４の屈折率は２．８６である。第１の電流層３０４の表面上には、第１の発光層３０５が形成されている。
【０１０９】
この実施の形態８の半導体レーザ素子は、上記実施の形態７の半導体レーザ素子（図７参照）において、ｎ型クラッド層３０３と第１の発光層３０５の間に第１の電流層３０４を設けたものであって、この第１の電流層３０４は電流集中層として作用する。
［実施の形態８の動作］
図８の実施の形態８の半導体レーザ素子において、ｐ電極３１２とｎ電極３１３の間の印加電圧（駆動電圧）を、第１の電流層３０４のバンドギャップエネルギー（２．７［ｅＶ］）まで除々に上げていくと、ｎ型クラッド層３０３（バンドギャップエネルギー３．９［ｅＶ］），第１の電流層３０４（バンドギャップエネルギー２．７［ｅＶ］），第１の発光層３０５（バンドギャップエネルギー２．８２［ｅＶ］），ｐ型クラッド層３０９（バンドギャップエネルギー３．９［ｅＶ］）の内で、第１の電流層３０４のバンドギャップエネルギーが最も小さいため、ｎ型クラッド層３０３からｐ側に流れる電子は、第１の電流層３０４の伝導帯に流れ込み、ｐ型クラッド層３０９からｎ側に流れる正孔は、第１の電流層３０４の価電子帯に流れ込む。
【０１１０】
ここで、両電極３１２，３１３間には、第１の電流層３０４のバンドギャップエネルギー（２．７［ｅＶ］）に相当する電圧が印加されており、第１の発光層３０５のバンドギャップエネルギー（２．８２［ｅＶ］）に相当する電圧が印加されていないが、第１の電流層３０４は、第２の発光層２０５（バンドギャップエネルギー１．９１［ｅＶ］），第３の発光層２０７（バンドギャップエネルギー１．５９［ｅＶ］），第２の電流層２０６（バンドギャップエネルギー１．５４［ｅＶ］）を除いて最も小さい層であるため、ｐ電極３１２から注入された電流は、第１の発光層３０５に接する第１の電流層３０４に集中して流れようとする（電流集中作用）。従って、ｐ電極３１２から注入された電流が第１の電流層３０４に無駄なく流れるようになるため、この第１の電流層３０４に接して形成されている第１の発光層３０５の電流密度が増加する。従って、しきい値電流が低減されることになり、駆動電圧を、第１の発光層３０５のバンドギャップエネルギー（２．８２［ｅＶ］）に相当する電圧よりも低減することができる。その結果、第１の電流層３０４のみならず、第１の発光層３０５の価電子帯にも正孔が流れ込み、第１の発光層３０５の伝導帯にも電子が流れ込む。
【０１１１】
第１の電流層３０４の伝導帯に流れ込んだ電子は、ｐ電極３１２の方へ引っ張られるが、第１の電流層３０４から見てｐ側に形成されている第１の発光層３０５のバンドギャップエネルギー（２．８２［ｅＶ］）は、第１の電流層３０４のバンドギャップエネルギー（２．７［ｅＶ］））と比較して０．１２［ｅＶ］しか大きくないため、第１の発光層３０５は第１の電流層３０４のキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用することができず、その結果、第１の電流層３０４の伝導帯に流れ込んだ電子は、第１の発光層３０５の伝導帯内に流れ込み、第１の電流層３０４の伝導帯内には閉じ込められない。
【０１１２】
第１の発光層３０５の伝導帯に流れ込んだ電子は、ｐ電極３１２の方へと引っ張られるが、第１の発光層３０５のｐ側に形成されたｐ型クラッド層３０９のバンドギャップエネルギー（３．９［ｅＶ］）は、第１の発光層３０５のバンドギャップエネルギー（２．８２［ｅＶ］）よりも十分に大きいため、このｐ型クラッド層３０９がキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用し、その結果、電子は第１の発光層３０５の伝導帯内に閉じ込められる。
【０１１３】
一方、第１の発光層３０５および第１の電流層３０４の価電子帯に流れ込んだ正孔は、ｎ電極３１３の方へと引っ張られるが、第１の電流層３０４から見てｎ側に形成されているｎ型クラッド層３０３のバンドギャップエネルギー（３．９［ｅＶ］）は、第１の電流層３０４のバンドギャップエネルギー（２．７［ｅＶ］）よりも十分に大きいため、このｎ型クラッド層３０３がキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用し、その結果、正孔は第１の発光層３０５および第１の電流層３０４の価電子帯内に閉じ込められる。
【０１１４】
このように、第１の電流層３０４の伝導帯には電子が閉じ込められていないため、第１の電流層３０４では電子と正孔の有効な再結合が行われず、第１の電流層３０４において発光は起こらないが、第１の発光層３０５の伝導帯に電子が、価電子帯に正孔が閉じ込められているため、第１の発光層３０５において電子と正孔の有効な再結合が行われ、青紫光（例えば、波長４００〜４５０［ｎｍ］）の発光が起こる。
【０１１５】
以上のように実施の形態８によれば、第１の電流層３０４バンドギャップエネルギー（２．７［ｅＶ］）は、第２の発光層２０５，第３の発光層２０７，第２の電流層２０６を除いて最も小さいため、ｐ電極３１２から注入された電流は、第１の発光層３０５に接する第１の電流層３０４に集中して流れようとする（電流集中作用）。従って、ｐ電極３１２から注入された電流が第１の電流層３０４に無駄なく流れるようになるため、この第１の電流層３０４に接して形成されている第１の発光層３０５の電流密度が増加することになり、結果として、しきい値電流の低減が実現される。
【０１１６】
つまり、この実施の形態８では、第１の発光層３０５と第１の電流層３０４の間にバリア層を設けることなく、これら第１の発光層３０５と第１の電流層３０４が直接接する構成となっており、第１の発光層３０５および第１の電流層３０４は、バンドギャップエネルギーの大きなｎ型クラッド層３０３とｐ型クラッド層３０９により挟まれているため、第１の発光層３０５と第１の電流層３０４の内でより大きいバンドギャップエネルギーを有する第１の発光層３０５のバンドギャップエネルギー（２．８２［ｅＶ］）に相当する電圧を両電極３１２，３１３間に印加しさえすれば、第１の発光層３０５により青紫色、第２の発光層２０５により赤色、第３の発光層２０７により赤外光のレーザ発光が可能になる。従って、発光層間にバリア層を設けて電気的に両発光層を直列接続した構造の従来の発光素子よりも低い駆動電圧での発光が可能となる。
【０１１７】
また、この実施の形態８では、第１の電流層３０４および第２の電流層２０６の上記電流集中作用により、ｐ電極３１２から注入された電流が無駄なく流れるため、第３の発光層２０７、第２の発光層２０５、および第１の発光層３０５の電流密度が増加することになり、しきい値電流が低減されることになる。従って、駆動電圧を、第１の発光層３０５のバンドギャップエネルギー（２．８２［ｅＶ］）に相当する電圧よりもさらに低減することが可能となる。
【０１１８】
また、この実施の形態８では、第１の発光層３０５（屈折率２．８１）と第１の電流層３０４（屈折率２．８６）の屈折率の差が小さいため、第１の発光層３０５による発光は第１の電流層３０４に広がり、その結果、発光が円状になり、レーザビームの近円化が可能となる。また、電流狭窄層３１０（屈折率２．６７）は、屈折率が小さく、光吸収がなく、実屈折率ガイド型構造を実現でき、その結果、第１の発光層３０５の発振中央部での光密度が低減される。従って、レーザビームの近円化を行った場合であっても、第１の電流層３０４によるしきい値電流の低減効果と相まって、発熱による出力飽和を回避できるため、低い駆動電圧で、高出力のレーザ光を得ることができる。
【０１１９】
また、この実施の形態８では、第１の発光層３０５よりバンドギャップエネルギーの小さい第１の電流層３０４を第１の発光層３０５の下層（裏面層）に設け、ｐ電極３１２から注入された電流を第１の電流層３０４に集中させる構成としているため、第１の発光層３０５へ直接電流が集中するのを防止することができるとともに、第１の電流層３０４は発光しないため、第１の発光層３０５の寿命改善を図ることができる。
【０１２０】
なお、上記実施の形態８では、第１の電流層３０４を構成する半導体化合物の組成をＩｎ０．０５Ｇａ０．５Ｎとしたが、第１の発光層３０５と第１の電流層３０４のバンドギャップエネルギーの差が０．３［ｅＶ］未満となる範囲内で、第１の電流層３０４を構成するＩｎＧａＮの組成比を変えることにより、しきい値電流を制御することができるため、結果として、第１の発光層３０５による光の出力を制御することができる。第２の電流層２０６と第３の発光層２０７についても同様である。
実施の形態９
図９は本発明の実施の形態９である１素子３波長レーザの基本的な構成を示す図であり、光の出射方向に垂直な断面の図である。なお、上記図８と同様のものには同じ符号を付してある。
【０１２１】
図８において、実施の形態９の半導体レーザ素子は、基板３０１と、ｎ型コンタクト層３０２と、ｎ型クラッド層３０３と、第１の発光層３０５と、第１の電流層３０４と、第２の発光層２０５と、第２の電流層２０６と、第３の発光層２０７と、ｐ型クラッド層３０９と、電流狭窄層３１０と、ｐ型コンタクト層１１１と、ｐ電極３１２と、ｎ電極３１３とを備えた構成である。
【０１２２】
この実施の形態９の半導体レーザ素子は、上記実施の形態７の半導体レーザ素子（図７参照）において、第１の発光層３０５と第２の発光層２０５の間に第１の電流層３０４を設けるとともに、第２の発光層２０５と第３の発光層２０７の間に第２の電流層２０６を設けたものであって、第１の電流層３０４は図８の第１の電流層３０４と同様に電流集中層として作用する。
［実施の形態９の動作］
図９の実施の形態９の半導体レーザ素子において、ｐ電極３１２およびｎ電極３１３の間の印加電圧（駆動電圧）を、電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）まで除々に印加電圧を上げていくと、ｎ型クラッド層３０３（バンドギャップエネルギー３．９［ｅＶ］），第１の発光層３０５（バンドギャップエネルギー２．８２［ｅＶ］），第１の電流層３０４（バンドギャップエネルギー２．７［ｅＶ］），第２の発光層２０５（バンドギャップエネルギー１．９１［ｅＶ］），第２の電流層２０６（バンドギャップエネルギー１．５４［ｅＶ］），第３の発光層２０７（バンドギャップエネルギー１．５９［ｅＶ］），ｐ型クラッド層３０９（バンドギャップエネルギー３．９［ｅＶ］）の内で、第２の電流層２０６のバンドギャップエネルギーが最も小さいため、ｎ型コンタクト層３０２側（ｎ型クラッド層３０３）からｐ側に流れる電子は、第２の電流層２０６の伝導帯に流れ込み、ｐ型コンタクト層３１１側（ｐ型クラッド層３０９）からｎ側に流れる正孔は、第２の電流層２０６の価電子帯に流れ込む。
【０１２３】
ここで、両電極３１２，３１３間には、第２の電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）に相当する電圧が印加されており、第３の発光層２０７のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］）に相当する電圧が印加されていないが、電流層２０６は、バンドギャップエネルギーが最も小さい層であるため、ｐ電極３１２から注入された電流は、第３の発光層２０７に接する電流層２０６に集中して流れようとする（電流集中作用）。従って、ｐ電極３１２から注入された電流が電流層２０６に無駄なく流れるようになるため、この電流層２０６に接して形成されている第３の発光層２０７の電流密度が増加する。従って、しきい値電流が低減されることになり、駆動電圧を、第３の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］）に相当する電圧よりも低減することができる。その結果、第２の電流層２０６のみならず、第３の発光層２０７の価電子帯にも正孔が流れ込み、第３の発光層２０７の伝導帯にも電子が流れ込む。
【０１２４】
第２の電流層２０６の伝導帯に流れ込んだ電子は、ｐ電極３１２の方へと引っ張られるが、第２の電流層２０６から見てｐ側に形成されている第３の発光層２０７のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］）は、第２の電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）と比較して０．０５［ｅＶ］しか大きくないため、第３の発光層２０７は第２の電流層２０６のキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用することができず、その結果、第２の電流層２０６の伝導帯に流れ込んだ電子は、第３の発光層２０７の伝導帯内に流れ込み、第２の電流層２０６の伝導帯内には閉じ込められない。
【０１２５】
第３の発光層２０７の伝導帯に流れ込んだ電子は、ｐ電極３１２の方へと引っ張られるが、第３の発光層２０７のｐ側に形成されたｐ型クラッド層３０９のバンドギャップエネルギー（３．９［ｅＶ］）は、第３の電流層２０７のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］））よりも十分に大きいため、このｐ型クラッド層３０９がキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用し、その結果、電子は第３の発光層２０７の伝導帯に閉じ込められる。
【０１２６】
一方、第３の発光層２０７および電流層２０６の価電子帯に流れ込んだ正孔は、ｎ電極３１３の方へと引っ張られるが、第２の電流層２０６から見てｎ側に形成されている第２の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．９１［ｅＶ］）は、第２の電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）と比較して０．３７［ｅＶ］大きいため、この第２の発光層２０５がキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用し、その結果、正孔は第３の発光層２０７および電流層２０６の価電子帯内に閉じ込められる。
【０１２７】
このように、第２の電流層２０６の伝導帯には電子が閉じ込められていないため、第２の電流層２０６では電子と正孔の有効な再結合が行われず、第２の電流層２０６において発光は起こらないが、第３の発光層２０７の伝導帯に電子が、価電子帯に正孔が閉じ込められているため、第３の発光層２０７において電子と正孔の有効な再結合が行われ、赤外光（例えば、波長７００〜８００［ｎｍ］）ののレーザ発光が起こる。
【０１２８】
さらに、ｐ電極３１２とｎ電極３１３の間の印加電圧を、第１の電流層３０４のバンドギャップエネルギー（２．７［ｅＶ］）まで除々に上げていくと、ｎ型クラッド層３０３（バンドギャップエネルギー３．９［ｅＶ］），第１の発光層３０５（バンドギャップエネルギー２．８２［ｅＶ］），第１の電流層３０４（バンドギャップエネルギー２．７［ｅＶ］），ｐ型クラッド層３０９（バンドギャップエネルギー３．９［ｅＶ］）の内で、第１の電流層３０４はバンドギャップエネルギーが最も小さいため、ｎ型クラッド層３０３からｐ側に流れる電子は、第１の電流層３０４の伝導帯に流れ込み、ｐ側クラッド層３０９からｎ側に流れる正孔は、第１の電流層３０４の価電子帯に流れ込む。
【０１２９】
ここで、両電極３１２，３１３間には、第１の電流層３０４のバンドギャップエネルギー（２．７［ｅＶ］）に相当する電圧が印加されており、第１の発光層３０５のバンドギャップエネルギー（２．８２［ｅＶ］）に相当する電圧が印加されていないが、第１の電流層３０４は、第２の発光層２０５（バンドギャップエネルギー１．９１［ｅＶ］），第２の電流層２０６（バンドギャップエネルギー１．５４［ｅＶ］），第３の発光層２０７（バンドギャップエネルギー１．５９［ｅＶ］）を除いてバンドギャップエネルギーが最も小さい層であるため、ｐ電極３１２から注入された電流は、第１の発光層３０５に接する第１の電流層３０４に集中して流れようとする（電流集中作用）。従って、ｐ電極３１２から注入された電流が第１の電流層３０４に無駄なく流れるようになるため、この第１の電流層３０４に接して形成されている第１の発光層３０５の電流密度が増加する。従って、しきい値電流が低減されることになり、駆動電圧を、第１の発光層３０５のバンドギャップエネルギー（２．８２［ｅＶ］）に相当する電圧よりも低減することができるようになる。その結果、第１の電流層３０４のみならず、第１の発光層３０５の価電子帯にも正孔が流れ込み、第１の発光層３０５の伝導帯にも電子が流れ込む。
【０１３０】
第１の発光層３０５および第１の電流層３０４の伝導帯に流れ込んだ電子は、ｐ電極３１２の方へ引っ張られるが、第１の電流層３０４から見てｐ側に形成されているｐ型クラッド層３０９のバンドギャップエネルギー（３．９［ｅＶ］）は、第１の発光層３０４のバンドギャップエネルギー（２．７［ｅＶ］）と比較して十分に大きいため、このｐ型クラッド層３０９がキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用し、その結果、電子は第１の発光層３０５の伝導帯内に閉じ込められる。なお、第１の電流層３０４のｐ側に形成された第２の発光層２０５のバンドギャップエネルギー（１．９１［ｅＶ］）、第２の電流層２０６のバンドギャップエネルギー（１．５４［ｅＶ］）、および第３の電流層２０７のバンドギャップエネルギー（１．５９［ｅＶ］）は、第１の電流層３０４のバンドギャップエネルギー（２．７［ｅＶ］）よりも小さいため、第２の発光層２０５、第２の電流層２０６、および第３の電流層２０７は、キャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用することはできない。
【０１３１】
一方、第１の電流層３０４に流れ込んだ正孔は、ｎ電極３１３の方へと引っ張られるが、第１の電流層３０４から見てｎ側に形成されている第１の発光層３０５のバンドギャップエネルギー（２．８２［ｅＶ］）は、第１の電流層３０４のバンドギャップエネルギー（２．７［ｅＶ］）と比較して０．１２［ｅＶ］しか大きくないため、第１の発光層３０５は第１の電流層３０４のキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用することができず、その結果、第１の電流層３０４の価電子帯に流れ込んだ正孔は、第１の発光層３０５の価電子帯内に流れ込み、第１の電流層３０４の価電子帯内には閉じ込められない。
【０１３２】
第１の発光層３０５の価電子帯に流れ込んだ正孔は、ｎ電極３１３の方へと引っ張られるが、第１の発光層３０５のｎ側に形成されたｎ型クラッド層３０３のバンドギャップエネルギー（３．９［ｅＶ］）は、第１の電流層３０５のバンドギャップエネルギー（２．８２［ｅＶ］））よりも十分に大きいため、このｎ型クラッド層３０３がキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用し、その結果、正孔は第１の発光層３０５の価電子帯内に閉じ込められる。
【０１３３】
このように、第１の電流層３０４の価電子帯には正孔が閉じ込められていないため、第１の電流層３０４では電子と正孔の有効な再結合が行われず、第１の電流層３０４において発光は起こらないが、第１の発光層３０５の伝導帯に電子が、価電子帯に正孔が閉じ込められているため、第１の発光層３０５において電子と正孔の有効な再結合が行われ、青紫光（例えば、波長４００〜４５０［ｎｍ］）のレーザ発光が起こる。
【０１３４】
以上のように実施の形態９によれば、第１の電流層３０４のバンドギャップエネルギー（２．７［ｅＶ］）は、第２の発光層２０５，第３の発光層２０７，第２の電流層２０６を除いて最も小さいため、ｐ電極３１２から注入された電流は、第１の発光層３０５に接する第１の電流層３０４に集中して流れようとする（電流集中作用）。従って、ｐ電極３１２から注入された電流が第１の電流層３０４に無駄なく流れるようになるため、この第１の電流層３０５に接して形成されている第１の発光層３０５の電流密度が増加することになり、結果として、しきい値電流の低減が実現される。
【０１３５】
つまり、この実施の形態９では、第１の発光層３０５と第１の電流層３０４の間にバリア層を設けることなく、これら第１の発光層３０５と第１の電流層３０４が直接接する構成となっており、第１の発光層３０５および第１の電流層３０４は、バンドギャップエネルギーの大きなｎ型クラッド層３０３とｐ型クラッド層３０９により挟まれているため、第１の発光層３０５と第１の電流層３０４の内でより大きいバンドギャップエネルギーを有する第１の発光層３０５のバンドギャップエネルギー（２．８２［ｅＶ］）に相当する電圧を両電極３１２，３１３間に印加しさえすれば、第１の発光層３０５により青紫色、第２の発光層２０５により赤色、第３の発光層２０７により赤外光のレーザ発光が可能になる。従って、発光層間にバリア層を設けて電気的に両発光層を直列接続した構造の従来の発光素子よりも低い駆動電圧での発光が可能となる。
【０１３６】
また、この実施の形態９では、第１の電流層３０４および第２の電流層２０６の上記電流集中作用により、ｐ電極３１２から注入された電流が無駄なく流れるため、第３の発光層２０７、第２の発光層２０５、および第１の発光層３０５の電流密度が増加することになり、しきい値電流が低減される。従って、駆動電圧を、第１の発光層３０５のバンドギャップエネルギー（２．８２［ｅＶ］）に相当する電圧よりもさらに低減することが可能となる。
【０１３７】
また、この実施の形態９では、第１の発光層３０５（屈折率２．８１）と第１の電流層３０４（屈折率２．８６）の屈折率の差が小さいため、第１の発光層３０５による発光は第１の電流層３０４に広がり、その結果、発光が円状になり、レーザビームの近円化が可能となる。また、電流狭窄層３１０（屈折率２．６７）は、屈折率が小さく、光吸収がなく、実屈折率ガイド型構造を実現でき、その結果、第１の発光層３０５の発振中央部での光密度が低減される。従って、レーザビームの近円化を行った場合であっても、第１の電流層３０４によるしきい値電流の低減効果と相まって、発熱による出力飽和を回避できるため、低い駆動電圧で、高出力のレーザ光を得ることができる。
【０１３８】
また、この実施の形態９では、第１の発光層３０５よりバンドギャップエネルギーの小さい第１の電流層３０４を第１の発光層３０５の上層（表面層）に設け、ｐ電極３１２から注入された電流を第１の電流層３０４に集中させる構成としているため、第１の発光層３０５へ直接電流が集中するのを防止することができるとともに、第１の電流層３０４は発光しないため、第１の発光層３０５の寿命改善を図ることができる。
【０１３９】
なお、上記実施の形態９では、第１の電流層３０４を構成する半導体化合物の組成をＩｎ０．０５Ｇａ０．５Ｎとしたが、第１の発光層３０５と第１の電流層３０４のバンドギャップエネルギーの差が０．３［ｅＶ］となる範囲内で、第１の電流層３０４を構成するＩｎＧａＮの組成比を変えることにより、しきい値電流を制御することができるため、結果として、第１の発光層３０５による光の出力を制御することができる。第２の電流層２０６と第３の発光層２０７についても同様である。
【０１４０】
また、第１の電流層３０４、第２の電流層２０６の厚さ（層厚）を制御することにより、第１の発光層３０５、第２の発光層２０５、第３の発光層２０７の発光間の距離を調整できるため、精度のよい３本のビーム発光が可能となる。
【０１４１】
なお、本発明は、上記実施の形態１〜９に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づく種々の変形をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
【０１４２】
例えば、上記実施の形態では、ＩｎＧａＡｌＰ，ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＧａＮ発光層を用いた半導体発光素子について説明したが、他の半導体材料、例えばＩｎＧａＮ，ＧａＡｌＮの一部または全部をＡｓおよび／またはＰ等で置換した材料や、ＧａＡｓ系化合物半導体を用いた半導体発光素子についても本発明を適用できる。
【０１４３】
また、上記実施の形態では、ダブルへテロ構造で説明したが、クラッド層、発光層、および電流層は、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）、または量子ドット構造にて構成されているとしてもよい。
【０１４４】
また、２波長レーザにおいて、例えばＩｎ０．５Ｇａ０．５Ｎからなり、バンドギャップエネルギー２．７［ｅＶ］で青色のレーザ光（波長４５０〜４９０［ｎｍ］）を発光する第１の発光層（または第１の活性層）、例えばＩｎ０．６５Ｇａ０．３５Ｎからなり、２．４１［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーで緑色のレーザ光（５００〜５５０［ｎｍ］）を発光する第２の発光層（または第２の活性層）としてもよい。あるいは、３波長レーザにおいて、例えばＩｎ０．５Ｇａ０．５Ｎからなり、バンドギャップエネルギー２．７［ｅＶ］で青色のレーザ光（波長４５０〜４９０［ｎｍ］）を発光する第１の発光層（または第１の活性層）、例えばＩｎ０．６５Ｇａ０．３５Ｎからなり、２．４１［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーで緑色のレーザ光（５００〜５５０［ｎｍ］）を発光する第２の発光層（または第２の活性層）、例えばＩｎ０．９７Ｇａ０．０３Ｎからなり、１．９４［ｅＶ］のバンドギャップエネルギーで赤色のレーザ光（６００〜７００［ｎｍ］）を発光する第３の発光層（または第３の活性層）としてもよい。
【０１４５】
また、上記実施の形態では、発光素子の構造を説明するために、便宜上、基板が下層側に位置し、これに結晶層が上方へ積み重ねられる構造とし、下層側をｎ型、上層側をｐ型として説明したが、ｎ型を上層側、ｐ型を下層側とした構成としてもよい。
【０１４６】
また、上記実施の形態では、半導体発光素子としてレーザを用いて説明したが、例えばＬＥＤ構造としてもよい。
【０１４７】
また、上記実施の形態において説明した発光層を活性層として、この活性層の出力をｐ型電極上に出力する面発光型レーザを構成することもできる。
【０１４８】
また、上記実施の形態では、基板をｎ型のＩｎＰ，ＧａＡｓ，ＧａＮ基板としたが、例えばＳｉＣ基板，Ｓｉ基板，ＧａＡｌＮ基板，ＡｌＮ基板等、格子間の整合性や熱膨張率を考慮して、基板を適宜選択することもできる。
【０１４９】
また、上記実施の形態では、ｎ電極をＡｕまたはＡｌにより形成されているとしたがＡｌまたはＡｕにより形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】本発明の実施の形態１である半導体レーザ素子の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態２である半導体レーザ素子の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態３である半導体レーザ素子の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態４である半導体レーザ素子の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態５である半導体レーザ素子の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態６である半導体レーザ素子の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態７である半導体レーザ素子の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態８である半導体レーザ素子の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態９である半導体レーザ素子の構成を示す図である。
【図１０】従来の半導体レーザ素子の構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１５１】
１０１，２０１，３０１  基板
３０２  ｎ型コンタクト層
１０３，２０３，３０３  ｎ型クラッド層
１０５，２０５，２０７，３０５  発光層
１０９，２０９，３０９  ｐ型クラッド層
１１１，３１１  ｐ型コンタクト層
１０６，２０４，２０６，２０８，３０４  電流層
１１２，３１２  ｐ電極
１１３，３１３  ｎ電極
１１０，３１０  電流狭窄層
【図１】
2005129687.tif 000003
【図２】
2005129687.tif 000004
【図３】
2005129687.tif 000005
【図４】
2005129687.tif 000006
【図５】
2005129687.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005129687.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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